未定义的行为：尝试访问函数调用的结果时

Question

以下编译并打印“字符串”作为输出。

#include <stdio.h>

struct S { int x; char c[7]; };

struct S bar() {
    struct S s = {42, "string"};
    return s;
}

int main()
{
    printf("%s", bar().c);
}

显然，根据

，这似乎调用了未定义的行为

C99 6.5.2.2/5 如果尝试修改函数的结果 在下一个序列点之后调用或访问它，行为是 未定义。

我不明白它在哪里说“下一个序列点”。这是怎么回事？

Answer 1

序列点出现在完整表达式的末尾，即在本例中printf 返回时。还有其他出现序列点的情况

实际上，这条规则规定函数临时函数不会超过下一个序列点 - 在这种情况下，它会在使用后很好地发生，因此您的程序具有非常明确的行为。

这是一个未明确定义的行为的简单示例：

char* c = bar().c; *c = 5; // UB

这里，序列点在c创建后遇到，它指向的内存被销毁，但我们随后尝试访问c，导致UB。

Answer 2

您遇到了语言的一个微妙角落。

在大多数情况下，数组类型的表达式会隐式转换为指向数组对象第一个元素的指针。例外情况（此处均不适用）是：

• 当数组表达式是一元 & 运算符的操作数时（产生整个数组的地址）；
• 当它是一元 sizeof 的操作数时 或（截至 C11）_Alignof 运算符（sizeof arr 产生数组的大小，而不是指针的大小）；和
• 当它是用于初始化数组对象的初始化程序中的字符串文字时（char str[6] = "hello"; 不会将 "hello" 转换为 char*。）

（N1570 草案错误地将_Alignof 添加到异常列表中。事实上，由于不清楚的原因，_Alignof 只能应用于类型名称，不能应用于表达式。）

请注意，有一个隐含的假设：数组表达式首先引用了一个数组对象。在大多数情况下，它确实如此（最简单的情况是数组表达式是声明的数组对象的名称）——但在这种情况下，没有数组对象。

如果一个函数返回一个结构体，则结构体结果返回按值。在这种情况下，结构包含一个数组，至少在逻辑上给我们一个数组value，没有对应的数组object。所以数组表达式bar().c 衰减为指向... er, um, ... 一个不存在的数组对象的第一个元素的指针。

2011 ISO C 标准通过引入“临时生命周期”解决了这个问题，该标准仅适用于“具有结构或联合类型的非左值表达式，其中结构或联合 包含一个数组类型的成员”(N15706.2.4p8)。这样的对象不能被修改，它的生命周期在包含完整表达式或完整声明符的末尾结束。

因此，从 C2011 开始，您的程序的行为已得到很好的定义。 printf 调用获取指向数组第一个元素的指针，该数组是具有临时生命周期的结构对象的一部分；该对象将继续存在，直到 printf 调用完成。

但是从 C99 开始，行为是未定义的——不一定是因为您引用的子句（据我所知，没有中间序列点），而是因为 C99 没有定义数组对象是printf 工作所必需的。

如果您的目标是让该程序运行，而不是了解它可能失败的原因，您可以将函数调用的结果存储在显式对象中：

const struct s result = bar();
printf("%s", result.c);

现在您有了一个具有自动而不是临时的存储持续时间的结构对象，因此它存在于printf调用执行期间和之后。

Answer 3

在 C99 中，在对参数进行评估后，调用函数时有一个序列点 (C99 6.5.2.2/10)。

因此，当计算 bar().c 时，它会生成一个指针，指向 bar() 返回的结构中的 char c[7] 数组中的第一个元素。但是，该指针被复制到printf() 的一个参数（发生时是一个无名参数）中，并且在实际调用printf() 函数时，上述序列点已经发生，所以指向的指针可能不再存在。

As Keith Thomson mentions、C11（和 C++）对临时对象的生命周期做出了更强有力的保证，因此这些标准下的行为不会是不确定的。