C语言signed int溢出异常行为：gcc编译优化下的矛盾结果

已知C语言中signed int溢出属于未定义行为，原本以为溢出后的结果虽不可预测，但仍属于数值类型。然而以下代码的运行结果却打破了这一认知：

#include<stdio.h>

int main ()
{
    int i,m=-727379968,w=1,n;

    for (i=1;i<=12;i++) 
        w*=10;
    n=w;

    printf("sizeof(int)=%d\n",(int)sizeof(int));
    printf ("m=%d  n=%d  m-n=%d  (1<m)=%d  (1<n)=%d (m==n)=%d \n", m,n, m-n, 1<m, 1<n,m==n);
    return (0);
}

不同编译环境下的输出结果 #

• gcc 11.4.0无优化编译，输出符合预期：

sizeof(int)=4
m=-727379968  n=-727379968  m-n=0  (1<m)=0  (1<n)=0 (m==n)=1

• gcc 11.4.0使用-O2优化编译，出现异常结果：

sizeof(int)=4
m=-727379968  n=-727379968  m-n=0  (1<m)=0  (1<n)=1 (m==n)=0

疑问点 #

• 为何会出现1 < n（1小于负数）的情况？
• 为何m-n=0但m==n的结果为0？
• 预期赋值n=w后n应为某个int值，但上述结果完全无法理解。

后续测试发现，gcc 14.2.0无论是否开启优化，输出结果均正常：

sizeof(int)=4
m=-727379968  n=-727379968  m-n=0  (1<m)=0  (1<n)=0 (m==n)=1

结论 #

这是gcc 11.4.0的特殊表现：若认可C标准中signed int溢出属于未定义行为，则该结果不能被视为bug；若认为溢出后变量仍应保持合法数值特性，则可将其看作bug。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pavel