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What every compiler writer should know about programmers (2015) [pdf]

Hacker News

This article, originating from Hacker News, discusses essential knowledge that compiler writers need to possess regarding programmers. It delves into the intricacies of understanding programmer behavior and needs to inform compiler design.

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每位編譯器撰寫者都該了解的程式設計師知識

Hacker News
15 天前

AI 生成摘要

這篇文章來自 Hacker News,探討了編譯器撰寫者在程式設計師方面應具備的必要知識。它深入探討了理解程式設計師行為和需求的複雜性,以指導編譯器的設計。

背景

這篇 2015 年的經典文章探討了編譯器開發者與一般程式設計師之間對於「未定義行為」(Undefined Behavior, UB)認知上的巨大鴻溝。文章指出,編譯器作者傾向於利用標準中的模糊地帶進行極致優化,而程式設計師則往往依賴於對底層硬體的直覺理解,這種預期落差常導致難以調試的安全漏洞與邏輯錯誤。

社群觀點

Hacker News 的討論核心圍繞在 C 語言標準的詮釋權之爭。許多開發者對現代編譯器的行為感到憤怒,認為編譯器作者「綁架」了未定義行為的原意。在早期的 K&R 時代,UB 通常意味著「標準不保證結果,交由硬體決定」,例如解引用空指標就該發生頁面錯誤。然而,現代編譯器如 GCC 或 LLVM 則將其視為一種「不可能發生的假設」,並據此刪除後續的邏輯檢查。反對者認為這種「時間旅行式」的優化極其危險,例如整數溢位檢查被編譯器判定為不可能發生而遭移除,直接導致了安全防禦失效。

然而,另一派觀點則站在編譯器作者的立場,認為這種批評近乎「主權公民」式的無理取鬧。他們主張 C 語言並非直接操作裸機,而是針對「抽象機器」進行編程,編譯器只是忠實執行標準賦予的優化權力。若不允許編譯器假設 UB 不會發生,許多關鍵優化(如別名分析、循環展開)將難以實施,導致程式執行效率大幅下降。支持者強調,程式設計師不能既想要現代編譯器帶來的效能紅利,又拒絕承擔遵循標準規範的責任。

討論中也觸及了實務上的困境。有開發者指出,在大型遺留系統中完全消除 UB 幾乎是不可能的任務,即使是像 Linux 核心這樣的高度專業專案,也難以完全避免。這引發了關於「友善 C 語言方言」的討論,有人提議應該存在一種更具預測性的編譯模式,讓舊程式碼能安全運行。但反駁者認為,技術債終究需要償還,若開發者不願使用靜態分析工具或開啟警告標籤,卻反過來指責編譯器太過聰明,這在邏輯上是自相矛盾的。

最後,社群對於 C 語言的未來展現出分歧。一部分人認為 C 語言的複雜性與陷阱已使其不再適合現代開發,轉而推薦 Rust 或 Zig 等更安全的替代方案。但資深開發者如 Walter Bright 則提醒,語言的成功往往取決於生態系與工具鏈的成熟度,而非單純的語義定義。儘管爭議不斷,C 語言作為基礎建設的地位短期內仍難以撼動,這場關於編譯器與開發者之間信任關係的辯論,恐怕還會持續下去。

延伸閱讀

  • :Victor Yodaiken 對 C 標準中關於 UB 定義的法律式解讀與批判。
  • :一個關於編譯器優化如何讓調試變得極其困難的真實案例。
  • :John Regehr 探討建立一個對開發者更友善、減少驚訝感的 C 語言方言的可能性。
  • :一個致力於實現完全記憶體安全的 C 語言編譯器專案。