C语言 多次读取未初始化的值是否总是给出相同的值

Question

假设我有一段非常简单的代码(在这个代码中n = 128，但假设数组大小可以是任何内容)：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main() {
int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 128);
for (int i = 0; i < 128; i++) {
printf("%dn", p[i]);
printf("%dn", p[i]);
}
return 0;
}

我知道(所以请不要在评论中提及这一点)p指向的内存块是未初始化的，因此该程序的输出可以是任何东西。

我的问题是：对于每个n，对所有0 <= i < np[i]的结果是否一致？ 更具体地说，对于p[i]的每次读取(在二进制文件的 SAME 调用中)，等效i的结果是否相同？

换句话说，上述循环的给定迭代中的两个printf语句会打印相同的值吗？

Answer 1

如果你要这样做：

int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 128);
for (int i = 0; i < 128; i++) {
printf("%dn", p[i]);
printf("%dn", p[i]);
}

您调用未定义的行为，因为您读取了不确定的值。 一旦你调用了未定义的行为，所有的赌注都会被关闭。 程序可能会崩溃，可能会表现出奇怪的行为，或者看起来可以正常工作。

因此，C 标准不保证对printf的两个调用将在上面的代码中打印相同的值，即使许多实现可能会。

至于为什么这是未定义的行为有点棘手。malloc返回的字节(以及未初始化的局部变量)具有不确定的值。 这意味着它可以是未指定的值(表示任何值)或陷阱表示形式。 读取陷阱表示形式是导致未定义行为的原因。

陷阱表示不表示给定数据类型的有效值的位模式。 如果读取陷阱表示形式，某些 CPU 将触发故障。

但是，字符类型有一个例外，即char、signed char和unsigned char。 这些类型不能具有陷阱表示形式。

从C标准关于类型的第6.2.5节：

15char、signed char和unsigned char这三种类型统称为字符类型。实施应 定义char具有与 相同的范围、表示形式和行为 要么signed char要么unsigned char.

从关于类型表示的第 6.2.6 节：

某些对象表示不需要表示 对象类型。如果对象的存储值具有这样的 表示形式，并由没有 字符类型，则行为未定义。如果这样的表示是 由修改对象全部或任何部分的副作用产生 通过没有字符类型的左值表达式， 行为是未定义的。50) 这样的表示称为陷阱 表示法。

因此，如果您按如下方式使用这些类型之一：

unsigned char *p = malloc(128);
for (int i = 0; i < 128; i++) {
printf("%un", p[i]);
printf("%un", p[i]);
}

这不是未定义的行为。 这些值只是未指定而不是不确定，并且对printf的两个调用保证打印相同的值。

Answer 2

我的问题是：对于每个 n，所有 0 的 p[i] 的结果<= i

在某些系统上，这将是相同的。在其他人身上，它不会。

Answer 3

不，它不会。它们的价值将是不确定的。因此，每次运行可能会有所不同。在代码中使用它们将调用未定义的行为。如果它包含一些垃圾值 - 如果你想在它们之间获得统一性，那就是错误的期望。不，他们不会。

您可以使用calloc来使用0初始化分配的内存。但malloc返回未初始化的内存地址。它的价值是不确定的。

来自标准：§7.22.3.4

malloc函数为大小由大小指定且值不确定的对象分配空间。

编辑：

OP 询问在二进制文件的特定调用中值是否始终相同？(两段都澄清了这一点)

假设未初始化的内存中有100，并且在执行某些操作后，如果您没有为其分配任何内容 - 那么值将是相同的。阅读它是未定义的行为。(我们不应该认为取消程序的范围 - 在程序中，我们会通过阅读它来知道它的价值是什么 - 并且阅读它是UB)。

但是没有用——即使这样。你不能使用它。因为使用它是未定义的行为。

现在你怎么知道它们是相同的？你会考虑打印它。但是如果你打印它 - 那么它将是一个未定义的行为。读取未初始化的值是 UB。(你的方式。正确的表达方式是 - 当它是 UB 时，行为将不一致。(楚克斯指出了这一点)。

Answer 4

换句话说

，上述循环的给定迭代中的两个 printf 语句会打印相同的值吗？

不能保证。

尝试读取不确定值会调用未定义的行为 - 允许任何结果(包括段错误)。

在基于 x86 的系统上，您很可能会看到两次打印相同的值(假设它在第一个值上没有段错误)。 但是，这不是您应该期望或依赖的行为 - 这是一个编码错误，句号。

Answer 5

您看到的值只是初始化数组的解释二进制值。它可能是写在同一个地方的旧数据的幽灵。

Answer 6

通过malloc()分配的对象具有"分配"的存储持续时间和(最初)不确定的值(C2011,7.22.3.4/2)。 与这里的一些主张相反，读取不确定的值并不一定会产生未定义的行为。 此外，不确定的值并不意味着它可以在程序运行时任意更改。 它只是意味着该值是

未指定的值或陷阱表示形式

(C2011 3.19.2/1)

问题在于陷阱表示的可能性。 具体说来：

某些对象表示不需要表示 对象类型。如果对象的存储值具有这样的 表示形式，并由没有 字符类型，则行为未定义。如果这样的表示是 由修改对象全部或任何部分的副作用产生 通过没有字符类型的左值表达式， 行为未定义。这样的表示称为陷阱 表示法。

(C2011， 6.2.6.1/5)

您的代码确实通过 lvalue 表达式p[i]读取不确定值。如果这些值中的任何一个恰好是陷阱表示形式，则程序的行为是未定义的。 否则，标准中没有理由不正常且可重复地读取(未指定的)值。

现在事情是这样的：在抽象的意义上，你的程序因此有可能表现出未定义的行为。 如果它确实表现出未定义的行为，则所有赌注都已关闭，特别是，分配对象中的int值可能会在没有警告的情况下更改，或者似乎会更改。 因此，C 确实不能保证您的程序将打印相同数字对。

另一方面，很少有 C 实现提供int类型来提供任何陷阱表示，而你的不太可能是陷阱表示。 如果您的实现不提供任何类型int的陷阱表示形式，则不确定已分配对象的值不会导致程序中的p[i]表达式在该实现上运行时产生未定义的行为。 在具有该共同特征的符合实现上，程序将打印重复值对。