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(為什么)使用未初始化的變量未定義的行為？

C C++

千巷貓影 2019-05-30 16:03:58

(為什么)使用未初始化的變量未定義的行為？如果我有：unsigned int x;x -= x;很明顯x 應在這個表達式之后是零，但是無論我看哪里，他們都說行為代碼的值是未定義的，而不僅僅是x(直至減法之前)。兩個問題：是行為這段代碼確實沒有定義？(例如。代碼是否會在兼容的系統(tǒng)上崩潰(或者更糟)？如果是這樣，為什么C是否說行為是未定義的，當非常清楚的是x這里應該是零？即什么是優(yōu)勢不定義這里的行為？顯然，編譯器可以簡單地使用管它呢它認為在變量中“方便”的垃圾值，它將按預期工作.這種方法有什么問題嗎？

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4 回答

梵蒂岡之花

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是的，這種行為是沒有定義的，但其原因與大多數人所知道的不同。

首先，使用統(tǒng)一值本身并不是未定義的行為，但值只是不確定的。如果值恰好是類型的陷阱表示，則訪問此值的是UB。無符號類型很少有陷阱表示，因此在這方面相對安全。

使行為無法定義的是變量的一個附加屬性，即它“可以用register這就是它的地址永遠不會被接受。這樣的變量被特別對待，因為有些架構有真正的CPU寄存器，它們有一種額外的狀態(tài)，這種狀態(tài)是“未初始化的”，并且與類型域中的值不相對應。

編輯：標準的相關短語為6.3.2.1p2：

如果lvalue指定可以用寄存器存儲類聲明的具有自動存儲持續(xù)時間的對象(從未使用其地址)，且該對象未初始化(未使用初始化器聲明，且未在使用前對其執(zhí)行賦值)，則行為未定義。

為了讓它更清楚，下面的代碼是在任何情況下都是合法的：

unsigned char a, b;memcpy(&a, &b, 1);a -= a;

這里的地址
a
和
b
所以它們的價值是不確定的。
自
unsigned char
從未有不確定值只是未指定的陷阱表示，任何
unsigned char
可能會發(fā)生。
最后
a 必
持有價值
0.

編輯2： a和b具有未指定的值：

3.19.3 未指定值
在本國際標準不要求在任何情況下選擇值的相關類型的有效值

反對回復 2019-05-30

慕標琳琳

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C標準為編譯器提供了很大的空間來執(zhí)行優(yōu)化。如果假設程序的天真模型將未初始化的內存設置為一些隨機位模式，并且所有操作都按照編寫的順序執(zhí)行，那么這些優(yōu)化的結果可能會令人驚訝。

注意：以下示例僅有效，因為x它的地址從來沒有被占用過，所以它是“注冊式的”。如果x有陷阱表示；這種情況很少發(fā)生在無符號類型(它至少需要“浪費”一點存儲空間，并且必須有文檔記錄)，而且不可能用于unsigned char。如果x如果有符號類型，則實現可以定義在-(2)之間不是數字的位模式。^恩-1-1)和2^恩-1-1作為陷阱代表。

編譯器試圖將寄存器分配給變量，因為寄存器比內存更快。由于程序可能使用比處理器擁有寄存器更多的變量，編譯器執(zhí)行寄存器分配，從而導致在不同時間使用相同寄存器的不同變量?？紤]程序片段

unsigned?x,?y,?z;???/*?0?*/y?=?0;??????????????/*?1?*/z?=?4;??????????????/*?2?*/x?=?-?x;????????????/*?3?*/y?=?y?+?z;?
?????????/*?4?*/x?=?y?+?1;??????????/*?5?*/

當計算第3行時，x還沒有初始化，因此(編譯器的原因)第3行必須是某種僥幸，這是由于編譯器不夠聰明而無法解決的其他情況。自z不在第4行之后使用，并且x如果不在第5行之前使用，則可以對兩個變量使用相同的寄存器。因此，這個小程序被編譯成寄存器上的以下操作：

r1?=?0;r0?=?4;r0?=?-?r0;r1?+=?r0;r0?=?r1;

的最終價值x的最終值r0的最終價值y的最終值r1。這些值是x=-3和y=-4，而不是如果x已經正確初始化了。

關于更詳細的示例，請考慮以下代碼片段：

unsigned?i,?x;for?(i?=?0;?i?<?10;?i++)?{
????x?=?(condition()???some_value()?:?-x);}

假設編譯器檢測到condition沒有副作用。自condition不修改x，編譯器知道循環(huán)中的第一次運行不可能訪問x因為它還沒有初始化。因此，循環(huán)體的第一次執(zhí)行相當于x = some_value()沒有必要測試條件。編譯器可能會編譯這段代碼，就好像您已經編寫了

unsigned?i,?x;i?=?0;?/*?if?some_value()?uses?i?*/x?=?some_value();for?(i?=?1;?i?<?10;?i++)?{
????x?=?(condition()???some_value()?:?-x);}

在編譯器中建模的方式是考慮任何依賴于x有無論什么價值都是方便的只要x未初始化。由于未初始化變量的行為是未定義的，而不是僅具有未指定值的變量，所以編譯器不需要跟蹤任何方便的值之間的任何特殊的數學關系。因此，編譯器可以這樣分析上面的代碼：

在第一次循環(huán)迭代中，
x
未初始化的
-x
被評估。
-x
有未定義的行為，所以它的價值是什么-是方便。
優(yōu)化規(guī)則
condition ? value : value
應用，以便將此代碼簡化為
condition; value.

當遇到問題中的代碼時，這個編譯器會在x = - x的值。-x什么都方便。這樣就可以優(yōu)化分配。

我還沒有尋找像上面所描述的編譯器的例子，但是這是好的編譯器嘗試做的優(yōu)化的類型。我不會驚訝地遇到一個。下面是一個你的程序崩潰的編譯器的不太合理的例子。(如果您在某種高級調試模式下編譯您的程序，可能就不會那么難以置信了。)

此假設編譯器映射不同內存頁中的每個變量，并設置頁屬性，以便讀取未初始化的變量會導致調用調試器的處理器陷阱。對變量的任何賦值首先要確保其內存頁被正常映射。此編譯器不嘗試執(zhí)行任何高級優(yōu)化-它處于調試模式，目的是很容易地定位bug，如未初始化的變量。什么時候x = - x計算，則右側將引發(fā)陷阱并觸發(fā)調試器.

反對回復 2019-05-30

紫衣仙女

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是的，程序可能會崩潰。例如，可能會出現陷阱表示(無法處理的特定位模式)，這些表示可能會導致CPU中斷，而未處理的則可能導致程序崩潰。

(6.2.6.1在后期的C11草案中說)某些對象表示不需要表示對象類型的值。如果對象的存儲值具有這樣的表示形式，并且由不具有字符類型的lvalue表達式讀取，則該行為是未定義的。如果這樣的表示是由一個副作用產生的，該副作用通過不具有字符類型的lvalue表達式修改對象的全部或任何部分，則該行為是未定義的。50)這種表示稱為陷阱表示。

反對回復 2019-05-30