关于在 printf 函数中使用时指向整数的未初始化指针的行为问题

Question

我是这个论坛的新手，所以如果有任何令人震惊的格式选择，请告诉我，我会及时更新。

在C Programming: A Modern Approach（由 K.N. King 撰写）一书中，写了以下段落：

如果指针变量p 尚未初始化，尝试以任何方式使用p 的值会导致未定义行为。在下面的例子中，printf 的调用可能会打印垃圾，导致程序崩溃，或者有一些其他影响：

int *p;
printf("%d", *p);

---

据我了解指针以及编译器如何处理它们，声明 int *p 有效地说，“嘿，如果您将来取消引用 p，我将查看内存中四个连续字节的块，其起始地址是 p 中包含的值，并将这 4 个字节解释为有符号整数。"

至于是否正确……如果正确，那我有点疑惑为什么上面的代码块：

1. 被归类为未定义行为
2. 可能导致程序崩溃
3. 可以有其他效果

---

对上述案例的评论：

我对未定义行为的理解是，在运行时，任何事情都可能发生。话虽如此，在我看来，在上面的代码中，只有非常明确的 子集 会发生。我知道p（由于缺乏初始化）正在存储一个随机地址，该地址可以指向内存中的任何位置。但是，当 printf 传递了取消引用的值 *p 时，编译器不会只查看内存的 4 个连续字节（从任意随机地址开始）并将这 4 个字节解释为有符号整数吗？

因此，printf 应该只做一件事：打印一个介于 -2,147,483,648 到 2,147,483,647 之间的数字。显然，这是很多不同可能的输出，但这真的可以称为“未定义的行为”。此外，这种“未定义的行为”如何导致“程序崩溃”或“产生其他影响”。

任何澄清将不胜感激！谢谢！

Answer 1

未初始化值的值为不确定。它可以保存任何值（包括 0），甚至有可能在您每次尝试读取它时读取不同的值。该值也可能是陷阱表示，这意味着尝试读取它会触发处理器异常，从而导致程序崩溃。

假设您很幸运并且能够读取p 的值，由于大多数系统使用的虚拟内存模型，该值可能与映射到进程内存空间的地址不对应。因此，如果您尝试通过取消引用指针来读取该地址，则会触发可能导致程序崩溃的分段错误。

请注意，在这两种情况下，崩溃都发生在 printf 甚至被调用之前。

此外，编译器可以假设您的程序没有未定义的行为，并将根据该假设执行优化。这会使你的程序以你意想不到的方式运行。

至于为什么做这些事情是未定义的行为，因为C standard是这么说的。特别是，附录 J2 给出了未定义行为的示例：

具有自动存储时长的对象的值 在不确定时使用。 (6.2.4, 6.7.9, 6.8)

Answer 2

未定义的行为被定义为“我们没有指定必须发生什么，这取决于实施者。”

在实际意义上，*p 可能包含该内存区域最后保存的任何内容，可能是零，可能是更随机的东西，可能是以前使用的数据块。有时，为了安全起见，编译器会隐式将内存归零，从而牺牲一点时间来提供该功能。

值得注意的是，如果 p 被定义为 char*，并且您对其进行了 printf 处理，它会尝试打印内容，直到找到 0x00。如果这将您带到内存边界，您可能会遇到分段错误。