g++ 对于看似不相关的变量“警告：迭代...调用未定义的行为”

考虑以下代码strange.cpp:

#include <vector> 


using namespace std;


int i = 0;


int *bar()
{   
    ++i;
    return &i; 
}   


int main()
{   
    for(size_t j = 0; j < 99999999999; ++j) // (*)
    {   
        const auto p = bar();
        if(!p) // (**)
            return -1; 
    }   
}   

用 g++ 编译它会发出警告：

$ g++ --std=c++11 -O3 strange.cpp 
strange.cpp: In function ‘int main()’:
strange.cpp:12:12: warning: iteration 4294967296ul invokes undefined behavior [-Waggressive-loop-optimizations]
         ++i;
            ^
strange.cpp:19:9: note: containing loop
         for(size_t j = 0; j < 99999999999; ++j) // (*)
         ^

我不明白为什么增量会调用未定义的行为。此外，还有两个更改，每个更改都会使警告消失：

1. 改变线路(*) to for(int j...
2. 改变线路(**) to if(!*p)

此警告的含义是什么？为什么要进行相关更改？

Note

$ g++ --version
g++ (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04) 4.8.4

The increment is undefined because once i reaches std::numeric_limits<int>::max() http://en.cppreference.com/w/cpp/types/numeric_limits/max (2³¹ - 1 on a 32-bit, LP64 or LLP64 platform), incrementing it will overflow, which is undefined behavior for signed integral types.

gcc is warning on iteration 4294967296ul (2³²) rather than iteration 2147483646u (2³¹) as you might expect, because it doesn't know the initial value of i; some other code might have run before main to set i to something other than 0. But once main is entered, no other code can run to alter i, and so once 2³² iterations have completed it will have at some point reached 2³¹ - 1 and overflowed.

1. 通过将循环的控制条件转变为同义反复的真实表达式来“修复”它；这使得循环成为无限循环，因为if循环内部永远不会执行，因为&i不能是空指针。无限循环可以被优化掉 https://stackoverflow.com/questions/2178115/are-compilers-allowed-to-eliminate-infinite-loops，因此 gcc 消除了循环体和整数溢出i不会发生。

2. 通过允许 gcc 摆脱整数溢出的未定义行为来“修复”它。防止整数溢出的唯一方法是i具有负的初始值，这样在某个时刻i达到零。这是可能的（见上文），唯一的选择是未定义的行为，所以它must发生。所以i达到零时，if循环内部执行，并且main回报-1.