C中未初始化的变量行为

Question

我已经检查过自己，我写了一个这样的程序

int main() {
 int i;
 cout << i;
 return 0;
}

我运行了几次程序，结果始终是一样的，零。我在C中尝试过，结果是一样的。

但我的教科书说

如果未初始化函数内定义的变量，则该变量值将保持未定义状态。这意味着该元素具有以前驻留在内存中该位置的任何值。

当程序始终将可用内存位置分配给变量时，这怎么可能？它怎么可能是零以外的东西（我假设默认的可用内存值为零）？

Answer 1

此代码调用未定义的行为（UB），因为变量是未初始化使用的。

当使用警告标志时，编译器应该发出警告，例如 -Wall：

warning: 'i' is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
  cout << i;
          ^

碰巧的是，在您的系统上，在这次运行中，它的值为0。这意味着分配给变量的垃圾值恰好为0，因为那里的内存剩余部分表明了这一点。

但是，请注意，内核零相对频繁地出现。这意味着我可以得到零作为我的系统的输出是很常见的，但它不能保证，不应该被带入promise。

Answer 2

如果您不初始化在函数中定义的变量，则变量值仍未定义。

这是真的。

这意味着该元素具有以前驻留在内存中该位置的任何值。

这位不是。

有时在实践中会发生这种情况，你应该意识到，对于你的程序的任何给定的运行，得到零或不得到零完全符合这个理论。

理论上，如果您的编译器愿意，它实际上可以为该整数分配一个随机初始值，因此试图合理化这一点是完全没有意义的。但是让我们继续假设“元素接受以前驻留在内存中该位置的任何值”...

它怎么可能是零而不是零（我假设默认的可用内存值为零）？

好吧，这就是当你假设的时候会发生什么。：）

Answer 3

当程序总是为变量分配一个可用内存位置时，这怎么可能呢？它怎么可能是什么而不是零？

让我们来看一个示例实际实现。

假设它使用堆栈来保留局部变量。

void
foo(void)
{
        int foo_var = 42;
}

void
bar(void)
{
        int bar_var;
        printf("%d\n", bar_var);
}

int
main(void)
{
        bar();
        foo();
        bar();
}

上面完全错误的代码说明了这一点。在我们调用foo后，堆栈上放置foo_var的某个位置设置为42。当我们调用bar时，bar_var占据了该确切位置。事实上，执行代码会导致打印0和42，表明除非初始化，否则无法依赖bar_var值。

现在应该清楚，需要局部变量初始化。但main会是一个例外吗？是否有任何东西会影响堆栈并最终给我们一个非零值？

是的。main 不是程序中执行的第一个函数。事实上，设置所有内容需要大量的工作。任何这些工作都可以使用堆栈并在其上留下一些非零。您不仅可以期望在不同的操作系统上具有相同的值，而且在您现在正在使用的系统上，它很可能会突然发生变化。有兴趣的各方可以在谷歌上搜索“动态链接器”。

最后，C语言标准甚至没有术语栈。为局部变量留一个“位置”是留给编译器的。它甚至可以从给定的寄存器中随机获取垃圾。它真的可以是任何东西。事实上，如果一个未定义的行为被触发，编译器可以随心所欲。