将 printf 移动到不同的行会产生不同的输出？ （C）

Question

在 C 中，当我将此 printf 行：printf("%f\n", 5 / 2); 移动到不同的行时，它的输出会发生变化。有什么想法吗？

代码如下：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>


int main()
{   

    int a = 65;
    char c = (char)a;
    int m = 3.0/2;

    printf("%c\n", c);              
    printf("%f\n", (float)a);       
    printf("%f\n", 5.0 / 2);        
    printf("%f\n", 5 / 2.0);        
    printf("%f\n", (float)5 / 2);   
    printf("%f\n", 5 / (float)2); 
    printf("%f\n", (float)(5 / 2)); 
    printf("%f\n", 5.0 / 2);        
    printf("%d\n", m);              
    printf("%f\n", 5 / 2);


    system("PAUSE");
    return(0);
}

输出如下：

A
65.000000
2.500000
2.500000
2.500000
2.500000
2.000000
2.500000
1
2.500000

如果我将printf("%f\n", 5 / 2); 移动到第一行之一（在输出 A 的行和输出 65.000000 的行之间），它将打印 0.000000（这是有道理的）而不是现在的 2.500000。 有什么想法吗？

Answer 1

您的代码正在调用未定义的行为。

您有义务使用正确的数据说明符来打印printf 中的内容，否则会调用 UB。因此，在不同的地方得到不同的结果并不重要，也不足为奇。

http://en.cppreference.com/w/c/io/fprintf

如果转换规范无效，则行为未定义。

对于 c 也是如此。

当调用未定义的行为时，根据定义，结果是随机的且不可预测，因此要求我们预测它们毫无意义。

Answer 2

正如评论者所指出的，printf("%f\n", 5 / 2); 行只是表现出未定义的行为。但是让我们看看为什么在使用 System V ABI 的 x86-64 架构上可能会得到这样的结果。

简短的回答是前几个参数是通过寄存器进行通信的。选择取决于参数的类型：整数参数进入“经典”寄存器（edi、esi 等），浮点进入 SSE 寄存器（xmm0、xmm1 等）。

因为我们在格式字符串中给出了错误的类型，printf 正在从错误的寄存器中读取参数。

---

让我们将您的程序简化为以下内容：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("%f\n", 5/2);
    printf("%f\n", 5.0/2);
    printf("%f\n", 5/2);

    return 0;
}

现在让我们来看看main 的反汇编。我们从函数序言开始，它并不太特别：

   push   %rbp
   mov    %rsp,%rbp
   sub    $0x10,%rsp

然后，我们第一次调用printf，其中参数被传递给edi（它获取指向格式字符串的指针）和esi（5/2，这是2，由于整数除法）：

   mov    $0x2,%esi
   mov    $0x4005e4,%edi
   mov    $0x0,%eax
   callq  4003e0 <printf@plt>

但是，printf 将读取"%f\n" 格式并尝试从xmm0 读取参数。在我的例子中，这个寄存器的值是0，所以这会打印出0.000000。

在第二次调用中，参数显然是一个浮点数，通过xmm0传递：

   movabs $0x4004000000000000,%rax
   mov    %rax,-0x8(%rbp)
   movsd  -0x8(%rbp),%xmm0
   mov    $0x4005e4,%edi
   mov    $0x1,%eax
   callq  4003e0 <printf@plt>

现在，printf 打印出预期的2.500000（您在这里看到的是0x4004000000000000，这是 2.5 的 64 位浮点常量的样子）。我们通过xmm0 传递它，它从xmm0 读取它。

第三次调用与第一次完全相同：

   mov    $0x2,%esi
   mov    $0x4005e4,%edi
   mov    $0x0,%eax
   callq  4003e0 <printf@plt>

改变的是对printf 的调用没有改变xmm0 中的值。它仍然包含第二次调用之前的常量 2.5，因为我们第三次调用 printf。在第三次调用中，printf 将再次打印2.500000。

（当然，我们的函数以无聊的return 0结束：）

   mov    $0x0,%eax
   leaveq 
   retq