C 和 C++ 中的未定义行为

theme: channing-cyan highlight: a11y-dark

「这是我参与11月更文挑战的第9天，活动详情查看：2021最后一次更文挑战」

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;
}

程序2（未初始化的变量）

int main()
{
    bool val;
    if (val)
        printf("TRUE");
    else
        printf("FALSE");
}

程序3（访问NULL指针的值）

int main()
{
int *ptr = NULL;
printf("%d", *ptr);
return 0;
}

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]);
}

程序5（超出signed int的限制）

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

程序 6（尝试修改字符串文字）

int main()
{
char *s = "geeksforgeeks";
s[0] = 'e';
return 0;
}

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);
}

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。