与 C 相比，无休止循环在 C++ 中没有副作用的好处是未定义的行为？

原因只是优化。

如果编译器可以假设所有没有副作用的循环都终止，则不必证明这一点。

如果允许非终止循环，则只有在可以证明终止的情况下，编译器才被允许执行某些优化，这通常是不可能的，因此它将变成模式识别游戏。有什么好处？

根本问题是，不终止本身就是一种副作用。当且仅当循环终止时，即使循环没有任何影响，也会观察到循环终止后肯定会发生的任何可观察效果。

当然，可以进行完全相同的推理。编译器不允许在之前移动内容，除非它可以证明是假的。但这是基本的控制流机制，而非终止循环则不是（恕我直言）。if(expr) return;ififexprif

采用以下代码。

int collatz_conjecture(int i){
    while(i!=1){
        if ((i%2)==0)
            i/=2;
        else
            i=i*3+1;
    }
    return i;
}

int main(){
    collatz_conjecture(10);

    return 5;
}

使用 -O3，gcc 将其编译为：

collatz_conjecture(int):
        mov     eax, 1
        ret
main:
        mov     eax, 5
        ret

那么，编译器是否证明了 Collatz 猜想，以确定它应该返回所有数字？当然不是，这只是终止假设允许的优化之一（以及 UB 可能发生的地方）。循环可以终止的唯一方法是，如果它可以在循环之后假设并使用它来进一步优化 - >函数总是返回 1，因此可以简化为它。1i==1i==1

更有用的例子可以是交错复制。如果你有

loop A
loop B

编译器可以交错它们，即使不知道终止。许多矢量化操作都依赖于此假设。A

同样，在循环之前对一些独立的后循环操作进行重新排序，假设循环将终止。

主要优点是规范简单。假设规则不能真正适应这样一种概念，即程序可以具有已定义的行为，但可能明显与顺序程序执行不一致。此外，C 和 C++ 标准的作者使用短语“未定义行为”作为他们认为没有必要行使管辖权的情况的统称，在许多情况下，因为他们希望编译器编写者比委员会更了解其客户的需求。

大多数有用的优化都是通过指定以下方式实现的：如果循环中没有单个操作相对于后面的一段代码进行排序，则整个循环的执行也不需要被视为已排序。对于“在”无限循环之后出现的代码来说，这有点“手摇欲坠”，但它清楚地表明了它允许编译器做什么。除其他事项外，如果在程序终止之前没有对循环中的单个操作进行排序，则可以完全省略整个循环的执行。

这种规则将体现的一个重要原则是，在循环内的代码和循环外的代码之间引入依赖关系的转换也将引入排序关系。如果某个循环在某个条件为真时退出，并且循环检查该条件后的代码，则编译器可以使用先前检查的结果来避免重复测试，但这意味着循环之后的代码依赖于循环中计算的值。

下面是一个具体的例子，说明可以应用该规则的有用和鲁莽的方式：

char arr[65537];
unsigned test(unsigned x, unsigned y)
{
    unsigned i=1;
    while((i & y) != x)
        i*=17;
    return i;
}
void test2(unsigned x)
{
    test(x, 65535);
    if (x < 65536)
        arr[x] = 2;
}

编译器在内联到中时可以应用两个单独有用的优化：testtest2

1. 编译器可以识别出测试是否只能在小于 65536 的情况下报告“true”，从而使测试变得多余。x == (i & 65535)xiftest2()

2. 编译器可以认识到，因为循环的唯一作用是计算，而当从内部调用时，的值最终会被忽略，所以循环的代码是多余的。iitest()test2()

在保持隔离的同时消除循环可能比相反的做法要好，但代码是否能够满足一个基本要求——它不写过元素 65535——取决于循环或测试被保留。在另一个存在的情况下，任何一个都是多余的，但缺少任何一个都会使另一个变得必不可少。ifarrif

请注意，如果在某些情况下需要使用外部手段终止应用程序是可以接受的，那么在保留数据依赖关系的同时，让编译器自由地对代码进行重新排序并不能排除正确的应用程序在输入一些可能的输入时可能陷入无限循环的可能性。然而，允许它们对代码进行重新排序而不考虑由此产生的数据依赖关系，将产生具有讽刺意味的效果，即加速主要“错误”的程序，这些程序不能依靠这些程序来满足应用程序要求，并且对大多数程序没有任何好处，这些程序增加了额外的检查或虚拟副作用（否则不需要满足应用程序要求）以防止无休止的循环。

PS -- 作为两段代码在另一段代码存在的情况下单独冗余的一般概念的进一步示例，请考虑以下函数：

double x,y,z;
void f1(void) {
  x=sin(z);
}
void f2(void)
{
  f1();
  y=sin(z);
  x=0;
}

赋值在编写的代码中是多余的，可以优化出来，因为没有任何东西使用存储在 中的值。within 的计算在编写的代码中是多余的，可以替换为 因为 will 已经保存了需要存储到 的值。然而，显而易见的是，任何一种转换本身都可以合法地应用，这并不意味着两者都可以合法地同时应用。这个原则应该适用于第一个示例片段中使用的优化类型的想法对于编写标准的人来说可能是显而易见的，但不幸的是，对于编写 clang 和 gcc 的人来说却不是。x=sin(z);xsin(z)f2y=x;xy

在 C 和 C++ 中，没有副作用的无限循环表现出未定义的行为。但是，编译器在两种语言之间处理这种情况的方式可能略有不同。最终，不建议依赖任何一种语言中的未定义行为，因为它可能导致不可预测的结果。最好避免编写故意依赖未定义行为的代码。