这是否属于Apple Clang 14编译器的优化Bug？

问题背景 #

一段用于初始化Base64解码表的代码，在Apple Clang 11.0.3版本中即使开启-O3优化也能输出预期结果，但在Apple Clang 14.0.0版本开启-O3优化时，出现不符合逻辑的输出。ASCII码65对应字符'A'，在Base64编码表中是第0位，预期decodeBase64Table[65]的值为0，但Clang 14.0.0优化后输出为64（即invalid变量的初始值）。

源代码 #

#include <cstdio>

static const char encodeBase64Table[64 + 1] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";

int main() {
    // create decoding table
    unsigned long invalid = 64;
    unsigned long decodeBase64Table[256] = {};
    for (unsigned long i = 0; i < 256; i++)
        decodeBase64Table[i] = invalid;
    for (unsigned long i = 0; i < 64; i++) {
        decodeBase64Table[(unsigned char)encodeBase64Table[i]] = i;
    }
    printf("decodeBase64Table[65] = %lu\n", decodeBase64Table[65]);

    return 0;
}

测试结果 #

Apple Clang 11.0.3（预期输出，开启-O3优化） #

/t/s/1673994196 ❯❯❯ /usr/bin/clang++ --version
Apple clang version 11.0.3 (clang-1103.0.32.62)
Target: x86_64-apple-darwin21.6.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin
/t/s/1673994196 ❯❯❯ /usr/bin/clang++ -isysroot /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX10.15.sdk -O3 -std=c++17 a.cpp
/t/s/1673994196 ❯❯❯ ./a.out
decodeBase64Table[65] = 0

Apple Clang 14.0.0（非预期输出，仅开启-O3优化时出现） #

/t/s/1673994196 ❯❯❯ /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin/clang++ --version
Apple clang version 14.0.0 (clang-1400.0.29.202)
Target: x86_64-apple-darwin21.6.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin
/t/s/1673994196 ❯❯❯ /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin/clang++ -isysroot /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX10.15.sdk -O3 -std=c++17 a.cpp
/t/s/1673994196 ❯❯❯ ./a.out
decodeBase64Table[65] = 64

分析与结论 #

这段代码逻辑清晰：先将解码表所有元素初始化为invalid（64），再遍历Base64编码表的前64个字符，将对应ASCII值的解码表项设置为其索引值。其中'A'（ASCII 65）是编码表的第一个字符，对应索引0，因此decodeBase64Table[65]应被设置为0。

仅在Apple Clang 14.0.0开启-O3优化时出现异常输出，低版本编译器及无优化时行为正常，说明这大概率是该版本编译器在高优化级别下的优化Bug。可以尝试通过Apple开发者反馈渠道或LLVM Bug Tracker提交该问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nehal J Wani