C 和 C++ 中的未定义行为

简介: 考虑以下 C/C++ 程序并尝试猜测输出?

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考虑以下 C/C++ 程序并尝试猜测输出?


程序 1(除以 0)


int main()
{
  int x = 25, y = 0;
  int z = x / y;
  printf("Hello World!");
  return 0;
}
复制代码

程序2(未初始化的变量)


int main()
{
  bool val;
  if (val)
    printf("TRUE");
  else
    printf("FALSE");
}
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程序3(访问NULL指针的值)


int main()
{
int *ptr = NULL;
printf("%d", *ptr);
return 0;
}
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程序4(越界访问)


int main()
{
int arr[5];
// We access arr[5] in last iteration.
for (int i=0; i<=5; i++)
  printf("%d ", arr[i]);
}
复制代码

程序5(超出signed int的限制)


int main()
{
int x = INT_MAX;
printf("%d", x+1);
return 0;
}
复制代码

程序 6(尝试修改字符串文字)


int main()
{
char *s = "geeksforgeeks";
s[0] = 'e';
return 0;
}
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程序7(在定义的序列点之前多次修改变量)


#include <stdio.h>
int main()
{
int i = 8;
int p = i++*i++;
printf("%d\n", p);
}
复制代码


以上所有程序的输出都是不可预测的(或未定义的)。编译器(实现 C/C++ 标准)可以自由地做任何事情,因为这些是 C 和 C++ 标准未定义的。


像 Java 这样的语言会在发现错误后立即捕获错误,但在少数情况下,像 C 和 C++ 这样的语言会继续以一种无声但错误的方式执行代码,这可能会导致不可预测的结果。该程序可能会因任何类型的错误消息而崩溃,或者它可能会在不知不觉中损坏数据,这是一个需要处理的严重问题。


了解未定义行为的重要性


如果用户开始在 C/C++ 环境中学习并且不清楚未定义行为的概念,那么这可能会在未来带来很多问题,比如调试其他人的代码实际上可能很难追踪未定义错误的根源。


未定义行为


风险和缺点


程序员有时依赖于未定义行为的特定实现(或编译器),这可能会在编译器更改/升级时导致问题。例如,在大多数编译器中,最后一个程序生成 72 作为输出,但是基于此假设实现软件并不是一个好主意。


未定义的行为也可能导致安全漏洞,特别是由于未检查数组越界(导致缓冲区溢出攻击)的情况。


未定义行为的优点


C 和 C++ 具有未定义行为,因为它允许编译器避免大量检查。假设一组具有更高性能数组的代码不需要查看边界,这避免了复杂的优化传递来检查循环外的此类条件的需要。当程序获得有符号溢出的未定义性质(通常由 C 编译器提供)的优势时,紧密绑定的循环会将程序从 30% 加速到 50%。


我们还有另一个优点,因为它允许我们将变量的值存储在处理器寄存器中,并随着时间的推移对其进行操作,该值大于源代码中的变量。它还有助于环绕然后编译时检查,如果没有对 C/C++ 编译器中未定义行为的更多了解,这是不可能的。



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