斯坦福大学教程和GCC之间的冲突

Question

根据这部电影(约38分钟),如果我有两个具有相同本地变量的函数,它们将使用相同的空间.所以下面的程序应该打印出来5.用gcc结果编译它-1218960859.为什么？

该程序:

#include <stdio.h>

void A()
{
    int a;
    printf("%i",a);
}

void B()
{
    int a;
    a = 5;
}

int main()
{
    B();
    A();
    return 0;
}

根据要求,这是反汇编程序的输出:

0804840c <A>:
 804840c:   55                      push   ebp
 804840d:   89 e5                   mov    ebp,esp
 804840f:   83 ec 28                sub    esp,0x28
 8048412:   8b 45 f4                mov    eax,DWORD PTR [ebp-0xc]
 8048415:   89 44 24 04             mov    DWORD PTR [esp+0x4],eax
 8048419:   c7 04 24 e8 84 04 08    mov    DWORD PTR [esp],0x80484e8
 8048420:   e8 cb fe ff ff          call   80482f0 <printf@plt>
 8048425:   c9                      leave  
 8048426:   c3                      ret    

08048427 <B>:
 8048427:   55                      push   ebp
 8048428:   89 e5                   mov    ebp,esp
 804842a:   83 ec 10                sub    esp,0x10
 804842d:   c7 45 fc 05 00 00 00    mov    DWORD PTR [ebp-0x4],0x5
 8048434:   c9                      leave  
 8048435:   c3                      ret    

08048436 <main>:
 8048436:   55                      push   ebp
 8048437:   89 e5                   mov    ebp,esp
 8048439:   83 e4 f0                and    esp,0xfffffff0
 804843c:   e8 e6 ff ff ff          call   8048427 <B>
 8048441:   e8 c6 ff ff ff          call   804840c <A>
 8048446:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
 804844b:   c9                      leave  
 804844c:   c3                      ret    
 804844d:   66 90                   xchg   ax,ax
 804844f:   90                      nop

Answer 1

是的,是的,这是未定义的行为,因为您使用的是未初始化的变量¹.

但是,在x86架构^2上,此实验应该可行.该值不会从堆栈中"擦除",并且由于它未初始化B(),因此只要堆栈帧相同,该值仍应存在.

我冒昧地猜测,因为内部int a未使用void B(),编译器优化了代码输出,并且从未将5写入堆栈中的该位置.尝试添加一个printfin B()- 它可能会工作.

此外,编译器标志 - 即优化级别 - 也可能影响该实验.尝试通过传递-O0给gcc来禁用优化.

编辑:我刚用gcc -O0(64位)编译你的代码,实际上,程序打印5,就像熟悉调用堆栈所期望的那样.事实上,它甚至没有工作-O0.32位版本可能表现不同.

免责声明:千万不要,永远使用这样的"真正的"代码!

_{1 - 关于这是否是正式的"UB",或者只是不可预测,下面正在进行辩论.}

_{2 - 也是x64,可能是使用调用堆栈的每个其他架构(至少有一个MMU)}

让我们来看看一个原因,它并没有正常工作.这在32位中最好看,所以我将编译-m32.

$ gcc --version
gcc (GCC) 4.7.2 20120921 (Red Hat 4.7.2-2)

我编译$ gcc -m32 -O0 test.c(禁用优化).当我运行它时,它打印垃圾.

看$ objdump -Mintel -d ./a.out:

080483ec <A>:
 80483ec:   55                      push   ebp
 80483ed:   89 e5                   mov    ebp,esp
 80483ef:   83 ec 28                sub    esp,0x28
 80483f2:   8b 45 f4                mov    eax,DWORD PTR [ebp-0xc]
 80483f5:   89 44 24 04             mov    DWORD PTR [esp+0x4],eax
 80483f9:   c7 04 24 c4 84 04 08    mov    DWORD PTR [esp],0x80484c4
 8048400:   e8 cb fe ff ff          call   80482d0 <printf@plt>
 8048405:   c9                      leave  
 8048406:   c3                      ret    

08048407 <B>:
 8048407:   55                      push   ebp
 8048408:   89 e5                   mov    ebp,esp
 804840a:   83 ec 10                sub    esp,0x10
 804840d:   c7 45 fc 05 00 00 00    mov    DWORD PTR [ebp-0x4],0x5
 8048414:   c9                      leave  
 8048415:   c3                      ret    

我们看到,B编译器保留了0x10字节的堆栈空间,并将int a变量初始化[ebp-0x4]为5.

在A然而,编译器放置int a在[ebp-0xc].所以在这种情况下,我们的局部变量并没有在同一个地方结束!通过添加printf()在呼叫A以及将导致堆栈帧为A和B是相同的,并且打印55.

Answer 2

这是未定义的行为.未初始化的局部变量具有不确定的值,使用它将导致未定义的行为.

Answer 3

要记住一件重要的事情 - 不要依赖类似的东西,永远不要在真正的代码中使用它!这只是一个有趣的事情(甚至并非总是如此),而不是一个特征或类似的东西.想象一下,你自己试图找到那种"特征"所产生的错误 - 噩梦.

顺便说一句.- C和C++充满了那种"功能",这里有关于它的大幻灯片:http: //www.slideshare.net/olvemaudal/deep-c因此,如果你想看到更多类似的"功能",了解什么是在引擎盖下以及它如何工作只是观看这个幻灯片 - 你不会后悔,我相信大多数经验丰富的c/c ++程序员都可以从中学到很多东西.

Answer 4

在函数中A,变量a未初始化,打印其值会导致未定义的行为.

在某些编译器中,变量ain A和ain B在同一地址中,因此可以打印5,但同样,您不能依赖于未定义的行为.

Answer 5

编译代码gcc -Wall filename.c您将看到这些警告.

In function 'B':
11:9: warning: variable 'a' set but not used [-Wunused-but-set-variable]

In function 'A':
6:11: warning: 'a' is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]  

在c中打印未初始化的变量导致未定义的行为.

第6.7.8节C99标准的初始化说

如果未显式初始化具有自动存储持续时间的对象,则其值不确定.如果未显式初始化具有静态存储持续时间的对象,则:

— if it has pointer type, it is initialized to a null pointer;
— if it has arithmetic type, it is initialized to (positive or unsigned) zero;
— if it is an aggregate, every member is initialized (recursively) according to these rules;
— if it is a union, the first named member is initialized (recursively) according to these rules.

EDIT1

如@Jonathon Reinhart如果您通过使用-O标志禁用优化,gcc-O0 那么您可能会得到输出5.

但这并不是一个好主意,永远不要在生产代码中使用它.

-Wuninitialized 这是一个有价值的警告您应该考虑这个警告您不应该禁用或跳过此警告,这会导致生产中的巨大损坏,例如在运行守护程序时导致崩溃.

EDIT2

Deep C幻灯片解释了为什么结果是5/garbage.从这些幻灯片中添加这些信息并进行微小修改,以使这个答案更有效.

案例1:没有优化

$ gcc -O0 file.c && ./a.out  
5

也许这个编译器有一个它重用的命名变量池.例如,变量a被使用并释放 B(),然后当A()需要整数名称时a,它将获得变量将获得相同的内存位置.如果您在重命名变量B(),比方说b,那么我不认为你会得到5.

案例2:优化

当优化器启动时可能会发生很多事情.在这种情况下,我猜测B()可以跳过调用,因为它没有任何副作用.此外,如果A()内联main(),即没有函数调用,我不会感到惊讶.(但由于A ()具有链接器可见性,因此必须仍然创建该函数的目标代码,以防另一个目标文件想要与该函数链接).无论如何,我怀疑如果您优化代码,打印的值将是其他内容.

gcc -O file.c && ./a.out
1606415608  

垃圾!