如果 a 未初始化，a^a 或 a-a 是未定义的行为吗？

Question

考虑这个程序：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    unsigned int a;
    printf("%u %u\n", a^a, a-a);
    return 0;
}

这是未定义的行为吗？

从表面上看，a 是一个未初始化的变量。所以这指向未定义的行为。但是对于a 的所有值，a^a 和a-a 等于0，至少我认为是这样。是否有可能通过某种方式证明该行为是明确定义的？

Answer 1

在 C11 中：

• 如果a 的地址从未被占用（引用如下），则根据 6.3.2.1/2 明确未定义
• 它可能是一个陷阱表示（访问时会导致 UB）。 6.2.6.1/5：

某些对象表示不需要表示对象类型的值。

无符号整数可以有陷阱表示（例如，如果它有 15 个精度位和 1 个奇偶校验位，访问 a 可能会导致奇偶校验错误）。

6.2.4/6 表示初始值是indeterminate，3.19.2 下的定义是未指定的值或陷阱表示。 p>

进一步：在 C11 6.3.2.1/2 中，正如 Pascal Cuoq 所指出的：

如果左值指定了一个自动存储持续时间的对象， 使用寄存器存储类声明（从未占用其地址），以及该对象 未初始化（未使用初始化程序声明且未对其赋值 在使用前执行），行为未定义。

这对字符类型没有例外，所以这个子句似乎取代了前面的讨论；即使不存在陷阱表示，访问x 也会立即未定义。此子句was added to C11 支持实际上具有寄存器陷阱状态的 Itanium CPU。

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没有陷阱表示的系统： 但是如果我们抛出 &x; 以使 6.3.2.1/2 的反对不再适用，并且我们处于一个已知没有陷阱的系统上怎么办？陈述？那么这个值就是一个未指定的值。 3.19.3中unspecified value的定义有点模糊，不过DR 451澄清了，总结如下：

• 在所述条件下未初始化的值可能会改变其值。
• 对不确定值执行的任何操作都会产生不确定值。
• 库函数在用于不确定值时会表现出未定义的行为。
• 这些答案适用于所有没有陷阱表示的类型。

在此分辨率下，int a; &a; int b = a - a; 导致 b 仍然具有不确定的值。

请注意，如果未将不确定值传递给库函数，我们仍处于未指定行为（不是未定义行为）的领域。结果可能很奇怪，例如if ( j != j ) foo(); 可以叫 foo，但恶魔必须留在鼻腔中。

Answer 2

是的，这是未定义的行为。

首先，任何未初始化的变量都可以有“破碎”（又名“陷阱”）表示。即使是一次访问该表示的尝试也会触发未定义的行为。此外，即使是非捕获类型的对象（如unsigned char）仍然可以获得特殊的平台相关状态（如 NaT - Not-A-Thing - on Itanium），这可能表现为其“不确定值”的表现。

其次，未初始化的变量不能保证具有稳定值。对同一个未初始化变量的两次顺序访问可以读取完全不同的值，这就是为什么即使a - a 中的两次访问都“成功”（不是陷阱），仍然不能保证@987654326 @ 将评估为零。

Answer 3

如果一个对象具有自动存储持续时间并且其地址未被占用，则尝试读取它会产生未定义的行为。获取此类对象的地址并使用“unsigned char”类型的指针来读取其字节，标准保证会产生“unsigned char”类型的值，但并非所有编译器都在这方面遵守标准. ARM GCC 5.1，例如，当给定时：

  #include <stdint.h>
  #include <string.h>
  struct q { uint16_t x,y; };
  volatile uint16_t zz;
  int32_t foo(uint32_t x, uint32_t y)
  {
    struct q temp1,temp2;
    temp1.x = 3;
    if (y & 1)
      temp1.y = zz;
    memmove(&temp2,&temp1,sizeof temp1);
    return temp2.y;
  }

如果 y 为零，将生成返回 x 的代码，即使 x 超出范围 0-65535。该标准明确规定，对 Indeterminate Value 的无符号字符读取保证产生unsigned char 范围内的值，memmove 的行为被定义为等同于字符读取和写入序列。因此，temp2 应该有一个可以通过字符写入序列存储到其中的值，但是 gcc 决定用赋值替换 memmove，并忽略代码获取 temp1 和 temp2 的地址这一事实。

有一种方法可以强制编译器将变量视为持有其类型的任意值，在任何此类值同样可以接受的情况下，这将是有帮助的，但标准没有指定一种干净的方法所以（除了存储一些可以工作的特定值，但通常是不必要的慢）。即使是在逻辑上应该强制变量保存一个可以表示为某种位组合的值的操作，也不能依赖于在所有编译器上工作。因此，这些变量无法保证任何有用的东西。