Malloc 改变单独函数中未初始化变量的行为？

Question

这是我的编程语言 Concepts/Implementation class 的问题。给定以下 C 代码片段：

void foo()  
{ 
    int i; 
    printf("%d ", i++); 
} 
void main()  
{ 
    int j; 
    for (j = 1; j <= 10; j++)  
        foo(); 
}

foo 中的局部变量 i 从未初始化，但在大多数系统上的行为类似于静态变量。这意味着程序将打印 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9。我明白为什么这样做（i的内存位置永远不会改变）但是作业中的问题要求修改代码（不改变foo ) 来改变这种行为。我想出了一个有效的解决方案，使程序打印十个 0，但我不知道它是否是 "right" 解决方案，老实说我不知道确切知道它为什么有效。

这是我的解决方案：

void main()  
{ 
    int j; 
    void* some_ptr = NULL;
    for (j = 1; j <= 10; j++)
    {
        some_ptr = malloc(sizeof(void*));
        foo();
        free(some_ptr);
    }
}

我最初的想法是 i 没有改变位置，因为在 foo 的调用周围没有发生其他内存操作，所以分配一个变量应该会破坏它，但是因为 some_ptr 分配在堆中并且 i 在堆栈上，应该' some_ptr 的分配对 i 没有影响吗？我的想法是编译器正在玩一些优化子程序调用的游戏，有人可以澄清一下吗？

Answer 1

foo中的变量i只是未初始化，未初始化的值在进入块时具有不确定的值。您看到它打印特定值的方式完全是巧合，要编写符合标准的 C，您永远不应该依赖这种行为。您应该始终在使用自动变量之前对其进行初始化。

来自 c11std 6.2.4p6:

对于这样一个没有可变长度数组类型的对象，它的生命周期从进入与其关联的块开始，直到该块的执行以任何方式结束为止。（进入封闭块或调用函数会暂停但不会结束当前块的执行。）如果以递归方式进入块，则每次都会创建对象的新实例。对象的初始值是不确定的。如果为对象指定了初始化，则在块的执行中每次到达声明或复合文字时都会执行初始化；否则，每次到达声明时该值都变得不确定。

Answer 2

不可能有 "right" 解决方案。但是可以有 class 解决方案适用于特定 CPU 架构、ABI、编译器和编译器选项。

将代码更改为类似这样的代码会以某种方式改变堆栈上方的内存，从而以有针对性的方式影响许多（如果不是大多数的话）环境。

void foo()  
{ 
    int i; 
    printf("%d ", i++); 
} 
void main()  
{ 
    int j;
    int a [2];

    for (j = 1; j <= 10; j++)
    {
        foo();
        a [-5] = j * 100;
    }
}

输出（Linux 上的 gcc x64）：

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

a[-5]是用于跨越两个函数的开销和变量的堆栈字数。有 return 地址，保存的堆栈 link 值等。当 foo() 写入 a[-5]:

时，堆栈可能看起来像这样

i
saved stack link
return address
main's j
(must be something else)
main's a[]

我第二次猜到了-5。 -4 是我的第一个猜测。

Answer 3

当您从 main() 调用 foo() 时，（未初始化的）变量 i 被分配到一个内存地址。在原始代码中，碰巧它是零（在你的机器上，你的编译器，你选择的编译选项，你的环境设置，并给定当前的月相——它可能会改变，当任何这些，或无数其他因素，变化）。

通过在调用 foo() 之前调用另一个函数，您允许另一个函数用不同的值覆盖 foo() 将用于 i 的内存位置。不保证会改变；运气不好，你可以用另一个零替换零。

您也许可以使用另一个函数：

static void bar(void)
{
    int j;
    for (j = 10; j < 20; j++)
        printf("%d\n", j);
}

并在调用 foo() 之前调用它会更改 i 中的值。调用 malloc() 也会改变一些事情。调用几乎任何函数都可能会改变它。

但是，必须（再次）强调原始代码充满了未定义的行为，调用其他函数并不会减少未定义的程度。任何事情都可能发生，而且是有效的。

Answer 4

未初始化的值似乎保留了过去调用的值的原因是它在堆栈上，并且每次调用函数时堆栈指针恰好具有相同的值。

您的代码可能更改该值的原因是您开始调用其他函数：malloc 和 free。它们的内部堆栈变量使用与 foo().

中的 i 相同的位置

至于优化，像这样的小程序有完全消失的危险。 GCC 或 Clang 可能决定由于使用未初始化的变量是未定义的行为，编译器有权完全删除代码。或者它可能会将 i 放入寄存器中并设置为零。然后决定所有 printf 调用输出零。然后确定您的整个程序只是一个 puts("0000000000") 调用。

Malloc 改变单独函数中未初始化变量的行为？

Malloc altering behavior of uninitialized variable in separate function?

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