局部变量不是静态的，但为什么我会得到这种行为？

Question

当我教 C 时，有时我指望 GCC 来完成某些规则中“令人信服”的部分。例如，不应考虑函数上的局部变量在调用之间保留值。

GCC 总是帮助我向学生教授这些课程，将垃圾放在局部变量上，以便他们了解正在发生的事情。

现在，这段代码肯定让我很难受。

#include <stdio.h>

int test(int x)
{
        int y;
        if(!x)
                y=0;
        y++;
        printf("(y=%d, ", y);
        return y;
}

int main(void)
{
        int a, i;

        for(i=0; i<5; i++)
        {
                a=test(i);
                printf("a=%d), ", a);
        }
        printf("\n");
        return 0;
}

输出是：

(y=1, a=1), (y=2, a=2), (y=3, a=3), (y=4, a=4), (y=5, a=5),

但如果我评论这一行：

       /* printf("(y=%d, ", y); */

那么输出变成：

a=1), a=32720), a=32721), a=32722), a=32723),

我使用-Wall开关编译代码，但没有任何警告与使用局部变量相关但未初始化它们。

是否有任何 GCC 开关会导致警告，或者至少显式显示一些垃圾？我尝试了优化开关，这有助于代码输出变成这样：

$ gcc test.c -o test -Wall -Os
$ ./test 
(y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1),
$ gcc test.c -o test -Wall -Ofast
$ ./test 
(y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1),
$ gcc test.c -o test -Wall -O0
$ ./test 
(y=1, a=1), (y=2, a=2), (y=3, a=3), (y=4, a=4), (y=5, a=5),
$ gcc test.c -o test -Wall -O1
$ ./test 
(y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1),
$ gcc test.c -o test -Wall -O2
$ ./test 
(y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1),
$ gcc test.c -o test -Wall -O3
$ ./test 
(y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1), (y=1, a=1),

但在所有情况下 y=1 都是一种诡计。标准是否改变了，所以局部变量现在用零初始化？

Answer 1

这就是未定义行为的问题：它是“未定义”。

因此，任何一组结果都完全取决于编译器/设置/内存中的内容/中断的组合。

您可能有机会在某些输出您“预期”的设置上展示问题 - 但这只是运气。

您的发现实际上更重要 - 故障模式的数量比您想象的要多（尽管幸运的是，还没有人重新格式化您的硬盘），并且 最有害和最危险的类型“未定义的行为” 是指行为实际上在 99.99% 的时间内“符合预期”。

是 0.01% 让你受益。

Answer 2

实现此想法的另一种可能方法是在调用test 函数之间调用另一个函数。如果另一个函数使用堆栈空间，那么它可能最终会更改堆栈值。例如，可能添加这样的函数：

int changeStack( int x )
{
    int y2 = x + 100;
    return y2;
}

然后给它添加一个调用：

    for(i=0; i<10; i++)
    {
            a=test(i);
            printf("a=%d), ", a);
            changeStack( i );
    }

这当然取决于优化级别，但是使用默认的 gcc 编译 (gcc test.c)，我在更改后得到以下结果：

(y=1, a=1), (y=101, a=101), (y=102, a=102), (y=103, a=103), (y=104, a=104), (y=105, a=105), (y=106, a=106), (y=107, a=107), (y=108, a=108), (y=109, a=109),

Answer 3

您的程序导致未定义的行为。如果将非零值传递给test()，y 永远不会被初始化。 printf 包含与否，你不能依赖结果。

如果你想要一个警告，clang 会给你一个-Wsometimes-uninitialized：

example.c:6:12: warning: variable 'y' is used uninitialized whenever 'if'
      condition is false [-Wsometimes-uninitialized]
        if(!x)
           ^~
example.c:8:9: note: uninitialized use occurs here
        y++;
        ^
example.c:6:9: note: remove the 'if' if its condition is always true
        if(!x)
        ^~~~~~
example.c:5:14: note: initialize the variable 'y' to silence this warning
        int y;
             ^
              = 0
1 warning generated.

我用我手头上的几个 GCC 版本进行了测试，但没有一个会对我产生警告。