为什么它返回一个随机值而不是我给函数的值？

Question

在 C 程序中，有一个交换函数，这个函数接受一个名为 x 的参数。我希望它通过更改主函数内交换函数中的 x 值来返回它。

当我将参数赋值为变量时，我想要它，但是当我直接为参数设置整数值时，程序会产生随机输出。

#include <stdio.h>

int swap (int x) {

    x = 20;
    
}

int main(void){

    int y = 100;
    
    int a = swap(y);   

    printf ("Value: %d", a);

    return 0;
}

此代码的输出：100（如我所愿）

但是这段代码：

#include <stdio.h>

int swap (int x) {

    x = 20;
    
}

int main(void){
    
    int a = swap(100);   

    printf ("Value: %d", a);

    return 0;
}

返回随机值，例如Value: 779964766 或Value:1727975774。

其实在两个代码中，我给函数一个整数类型的值，即使是相同的值，但是为什么输出不一样呢？

Answer 1

首先，C 函数是按值调用的：函数中的int x arg 是一个副本。修改它不会修改调用者传递的任何内容的副本，因此您的 swap 零意义。

其次，您正在使用函数的返回值，但您没有return 语句。在 C 中（与 C++ 不同），执行从非void 函数的末尾脱落并不是未定义的行为（由于历史原因，在 void 存在之前，函数返回类型默认为 int）。但是当函数没有return 时，调用者使用返回值仍然是未定义的行为。

在这种情况下，返回 100 是未定义行为的结果（在没有 return 语句的情况下，使用函数的返回值执行结束）。 这是 GCC 在调试模式下如何编译的巧合 (-O0)：

GCC -O0 喜欢计算返回值寄存器中的非常量表达式，例如x86-64 上的 EAX/RAX。 （这实际上适用于跨架构的 GCC，而不仅仅是 x86-64）。这实际上在 codegolf.SE 答案中被滥用；显然，有些人宁愿使用gcc -O0 作为一种语言而不是ANSI C。请参阅this "C golfing tips" answer 及其上的cmets，以及this SO Q&A 关于为什么i=j 在函数中将值放入RAX 的原因。请注意，它仅在 GCC 必须将值加载到寄存器中时才有效，而不仅仅是像 add dword ptr [rbp-4], 1 为 x++ 或其他任何东西做一个内存目标增量。

---

在您的情况下（您的代码由 GCC10.2 on the Godbolt compiler explorer 编译）

int y=100; 将 100 直接存储到堆栈内存（GCC 编译代码的方式）。

int a = swap(y); 将y 加载到 EAX（没有明显原因），然后 复制到 EDI 以作为 arg 传递给 swap。由于 swap 的 GCC 的 asm 不涉及 EAX，因此在调用后，EAX=y，因此该函数有效地返回 y。

但是如果你用swap(100) 调用它，GCC 在设置参数时不会最终将 100 放入 EAX。

GCC 编译你的 swap 的方式，asm 不会触及 EAX，所以无论 main 留下什么都被视为返回值。

main:
...
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 100          # y=100

        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]          # load y into EAX
        mov     edi, eax                        # copy it to EDI (first arg-passing reg)
        call    swap                            # swap(y)

        mov     DWORD PTR [rbp-8], eax          # a = EAX as the retval = y
...

但与你的其他主要：

main:
...                                    # nothing that touches EAX
        mov     edi, 100
        call    swap
        mov     DWORD PTR [rbp-4], eax   # a = whatever garbage was there on entry to main
...

（后面的... 将a 重新加载为printf 的arg，匹配ISO C 语义，因为GCC -O0 将每个C 语句编译为单独的asm 块；因此后面的不受影响由早期的 UB（与启用优化的一般情况不同），所以只需打印 a 的内存位置中的任何内容。）

swap 函数编译如下（同样，GCC10.2 -O0）：

swap:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 20
        nop
        pop     rbp
        ret

---

请记住这些都与有效的可移植 C 无关。这（使用留在内存或寄存器中的垃圾）是您在 C 中看到的一种调用未定义行为的东西，但肯定不是唯一的东西。另请参阅 LLVM 博客中的 What Every C Programmer Should Know About Undefined Behavior。

这个答案只是回答 asm 中到底发生了什么的字面问题。 （我假设 GCC 未优化，因为这很容易解释结果，而 x86-64 因为这是一个常见的 ISA，尤其是当人们忘记提及任何 ISA 时。）

其他编译器不同，开启优化后GCC会不同。

Answer 2

你需要使用return或者使用指针。

1. 使用返回函数。

#include <stdio.h>

int swap () {

    return 20;
    
}

int main(void){
    
    int a = swap(100);   

    printf ("Value: %d", a);

    return 0;
}

1. 使用指针函数。

#include <stdio.h>

int swap (int* x) {

    (*x) = 20;
    
}

int main(void){
    
    int a;

    swap(&a);   

    printf ("Value: %d", a);

    return 0;
}