Почему clang выдает неправильные результаты для моего кода c, скомпилированного с -O1, но не с -O0?

Как отметили несколько комментаторов, знаковые значения со сдвигом вправо нечетко определены.

Я изменил объявление и инициализацию x на

unsigned int x = (unsigned int)strtoll(argv[1], &endp, 0);

и получили согласованные результаты при -O0 и -O1. (Но прежде чем внести это изменение, я смог воспроизвести ваш результат под clang в MacOS.)

Как вы обнаружили, вы вызываете Поведение, определяемое реализацией при попытке сохранить 0xffffffff (4294967295) в int x (где INT_MAX равно 7fffffff или 2147483647). Стандарт C11 §6.3.1.3 (проект n1570) — целые числа со знаком и без знака Всякий раз, когда вы используете strtoll (или strtoull) (подойдут обе версии с 1-l) и пытаетесь сохранить значение как int, вы должны сверить результат с INT_MAX перед выполнением присваивания с приведением. (или при использовании точных типов ширины против INT32_MAX или UINT32_MAX для беззнакового)

Кроме того, в таких обстоятельствах, когда задействованы битовые операции, вы можете устранить неопределенность и обеспечить переносимость, используя точные типы ширины, представленные в stdint.h, и соответствующие спецификаторы формата, представленные в inttypes.h. Здесь нет необходимости использовать подписанный int. Было бы разумнее обрабатывать все значения как unsigned (или uint32_t).

Например, ниже приведено значение по умолчанию для ввода, чтобы избежать неопределенного поведения, вызванного, если ваш код выполняется без аргумента (вы также можете просто проверить argc), заменяет использование strtoll на strtoul, проверяет ввод помещается в связанную переменную перед присваиванием, обрабатывающим ошибку, если это не так, а затем использует однозначные точные типы, например.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <inttypes.h>

int main (int argc, char *argv[]) {

    uint64_t tmp = argc > 1 ? strtoul (argv[1], NULL, 0) : 0xffffffff;

    if (tmp > UINT32_MAX) {
        fprintf (stderr, "input exceeds UINT32_MAX.\n");
        return 1;
    }

    uint32_t x = (uint32_t)tmp,
        mask1 = 0x55555555,
        mask2 = 0x33333333,
        count = (x & mask1) + ((x >> 1) & mask1),
        v1 = count >> 2,
        v2 = v1 & mask2;

    printf("v1 = 0x%" PRIx32 "\n", v1);

    printf("v2 = 0x%" PRIx32 "\n", v2);

    return 0;
}

Пример использования/вывода

$ ./bin/masktst
v1 = 0x2aaaaaaa
v2 = 0x22222222

Составлено

$ gcc -Wall -Wextra -pedantic -std=gnu11 -Ofast -o bin/masktst masktst.c

Просмотрите все и дайте мне знать, если у вас есть дополнительные вопросы.

это утверждение:

int x = (int)strtoll(argv[1], &endp, 0);

приводит к переполнению со знаком, что является неопределенным поведением.

(в моей системе результат: -1431655766

Полученные значения имеют тенденцию идти вниз:

Переменная: v1 получает: -357913942

Переменная: v2 получает: 572662306

спецификатор формата %x корректно работает только с беззнаковыми переменными