这是未定义的 C 行为吗？

Question

我们班的 C 编程教授问了这个问题：

你得到了代码：

int x=1;
printf("%d",++x,x+1);

它总是会产生什么输出？

大多数学生表示未定义行为。谁能帮助我理解为什么会这样？

感谢您的编辑和答案，但我仍然很困惑。

Answer 1

在每种合理情况下，输出可能为 2。但实际上，您所拥有的是未定义的行为。

具体来说，该标准规定：

在上一个和下一个序列点之间，对象的存储值最多应通过表达式的求值修改一次。此外，应只读先前的值以确定要存储的值。

在计算函数参数之前有一个序列点，在计算所有参数（但尚未调用函数）之后还有一个序列点。在这两者之间（即，在对参数求值时）不有一个序列点（除非参数是一个内部包含一个的表达式，例如使用 && code> || 或 , 运算符）。

这意味着对 printf 的调用正在读取先前的值 both 以确定正在存储的值（即 ++x） 确定第二个参数的值（即x+1）。这显然违反了上面引用的要求，导致未定义的行为。

事实上，您提供了一个没有给出转换说明符的额外参数，不会导致未定义的行为。如果您提供转换说明符的更少参数，或如果参数的（升级）类型与转换说明符的类型不一致，您会得到未定义的行为 - 但传递一个额外的参数不。

Answer 2

只要程序的行为未定义，任何事情都可能发生 - 经典的短语是“恶魔可能会从你的鼻子里飞出来” - 尽管大多数实现都不会走那么远。

函数的参数在概念上是并行计算的（技术术语是它们的计算之间没有序列点）。这意味着表达式 ++x 和 x+1 可以按此顺序、相反顺序或某种交错方式进行计算。当您修改变量并尝试并行访问其值时，行为是未定义的。

在许多实现中，参数按顺序求值（尽管并不总是从左到右）。所以在现实世界中你不可能看到除了 2 之外的任何东西。

然而，编译器可以生成如下代码：

1. 将 x 加载到寄存器 r1 中。
2. 通过将 r1 加 1 来计算 x+1。
3. 通过将 r1 加 1 来计算 ++x。没关系，因为 x 已加载到 r1 中。鉴于编译器的设计方式，步骤 2 不能修改 r1，因为只有在两个序列点之间读取和写入 x 时才会发生这种情况。这是 C 标准所禁止的。
4. 将r1存储到x中。

在这个（假设的，但正确的）编译器上，程序将打印 3。

（编辑：将额外参数传递给 printf 是正确的（§7.19.6.1-2 in N1256； “https://stackoverflow.com/users/165520/prasoon-saurav">Prasoon Saurav）指出了这一点，另外：添加了一个示例。）

Answer 3

正确答案是：代码产生未定义的行为。

行为未定义的原因是两个表达式 ++x 和 x + 1 正在修改 x 并读取 x 出于不相关（与修改）的原因，并且这两个操作不是由序列点分隔的。这会导致 C（和 C++）中未定义的行为。 C语言标准6.5/2中给出了要求。

请注意，这种情况下的未定义行为与 printf 函数仅给出一个格式说明符和两个实际参数这一事实完全无关。在 C 语言中，为 printf 提供的参数多于格式字符串中的格式说明符是完全合法的。同样，问题的根源在于违反了 C 语言的表达式求值要求。

另请注意，本次讨论的一些参与者未能掌握未定义行为的概念，并坚持将其与未指定行为的概念混合在一起。为了更好地说明差异，让我们考虑以下简单示例。

int inc_x(int *x) { return ++*x; }
int x_plus_1(int x) { return x + 1; }

int x = 1;
printf("%d", inc_x(&x), x_plus_1(x));

上面的代码与原始代码“等效”，只是涉及 x 的操作被包装到函数中。在这个最新的例子中会发生什么？

这段代码中没有未定义的行为。但由于 printf 参数的求值顺序未指定，因此该代码会产生未指定的行为，即 printf 可能code> 将被调用为 printf("%d", 2, 2) 或 printf("%d", 2, 3)。在这两种情况下，输出确实都是 2。然而，此变体的重要区别在于，对 x 的所有访问都被包装到每个函数开头和结尾处的序列点中，因此此变体不会产生未定义的行为。

这正是其他一些发帖者试图强加于原始示例的推理。但这是不可能的。原始示例产生未定义行为，这是完全不同的野兽。他们显然试图坚持认为，在实践中，未定义的行为始终等同于未指定的行为。这是一个完全虚假的说法，只能表明制造者缺乏专业知识。原始代码产生未定义的行为，期间。

为了继续这个例子，让我们修改前面的代码示例，

printf("%d %d", inc_x(&x), x_plus_1(x));

代码的输出将变得通常不可预测。它可以打印 2 2 或打印 2 3。但请注意，即使行为是不可预测的，它仍然不会产生未定义的行为。该行为是未指定，而不是未定义。未指定的行为仅限于两种可能性：2 2 或 2 3。未定义的行为不限于任何事物。它可以格式化您的硬盘驱动器而不是打印某些内容。感受差异。

Answer 4

大多数学生表示行为未定义。谁能帮我理解为什么会这样？

因为函数参数的计算顺序没有指定。

Answer 5

它总是会产生什么输出？

在我能想到的所有环境中它都会产生 2。然而，C99 标准的严格解释导致行为未定义，因为对 x 的访问不满足序列点之间存在的要求。

大多数学生表示行为未定义。
谁能帮我理解为什么会这样
是这样吗？

我现在将解决第二个问题，我将其理解为“为什么我班上的大多数学生说所显示的代码构成未定义的行为？”我想到目前为止还没有其他发帖者给出答案。一部分学生会记得表达式未定义值的示例，例如

f(++i,i)

您给出的代码适合这种模式，但学生错误地认为该行为无论如何都已定义，因为 printf 忽略了最后一个参数。这种细微差别让很多学生感到困惑。另一部分学生将像 David Thornley 一样精通标准，并出于上述正确原因说“未定义的行为”。

Answer 6

关于未定义行为的观点是正确的，但还有一个额外的问题：printf 可能会失败。它正在做文件IO；它可能失败的原因有很多，如果不知道完整的程序及其执行的上下文，就不可能消除它们。

Answer 7

与 codaddict 相呼应，答案是 2。

将使用参数 2 调用 printf 并打印它。

如果将此代码放入如下上下文中：

void do_something()
{
    int x=1;
    printf("%d",++x,x+1);
}

那么该函数的行为就被完全且明确地定义了。当然，我并不是说这是好的或正确的，也不是说 x 的值可以在之后确定。

Answer 8

输出将始终为（对于 99.98% 最重要的符合标准的编译器和系统）2。

根据标准，这似乎是，根据定义，“未定义的行为”，一个定义/答案这是自我辩护，并且没有说明实际会发生什么，尤其是为什么。

实用程序 splint （不是标准合规性检查工具）以及 splint 的程序员将其视为“未指定的行为”。这基本上意味着，(x+1) 的计算可以给出 1+1 或 2+1，具体取决于 x 的更新实际完成的时间。然而，由于表达式被丢弃（printf 格式读取 1 个参数），因此输出不受影响，我们仍然可以说它是 2。

undefined.c:7:20：参数 2 修改 x，由参数 3 使用（顺序
实际参数的评估未定义）： printf("%d\n", ++x, x + 1)
代码具有未指定的行为。函数参数的评估顺序或
子表达式未定义，因此如果在中使用和修改某个值
不同的地方没有被限制评估的序列点分开
order，则表达式的结果未指定。

如前所述，未指定的行为仅影响 (x+1) 的计算，而不影响整个语句或它的其他表达式。因此，在“未指定行为”的情况下，我们可以说输出是 2，没有人可以反对。

但这不是未指定的行为，它似乎是“未定义的行为”。而且“未定义的行为”似乎必须影响整个语句而不是单个表达式。这是由于“未定义行为”实际发生的位置（即到底影响什么）的神秘性。

如果有动机将“未定义的行为”附加到(x+1)表达式上，就像“未指定的行为”的情况一样，那么我们仍然可以说输出始终为 (100%) 2. 将“未定义行为”附加到 (x+1) 意味着我们无法判断它是 1+1 还是 2+1；它只是“任何东西”。但同样，由于 printf，“任何内容”都被丢弃，这意味着答案将是“始终 (100%) 2”。

相反，由于神秘的不对称性，“未定义的行为”不能仅附加到x+1，但实际上它必须影响如果不是整个语句，至少是 ++x （顺便说一下，它是未定义行为的原因）。如果它只感染++x表达式，输出是一个“未定义值”，即任何整数，例如-5847834或9032。如果它感染整个语句，那么你可以在你的代码中看到gargabe控制台输出，您可能必须使用 ctrl-c 停止程序，可能在它开始阻塞您的 cpu 之前。

根据都市传说，“未定义的行为”不仅会影响整个程序，还会影响你的计算机和物理定律，因此你的程序可以创造出神秘的生物，然后飞走或吃掉你。

没有答案能够充分解释有关该主题的任何内容。它们只是“哦，看标准是这么说的”（和往常一样，这只是一种解释！）。因此，至少您已经了解到“标准存在”，并且它们提出了教育问题（因为当然，不要忘记您的代码是错误，无论未定义/未指定的行为主义和其他标准事实） ），没有用的逻辑论证，没有目的的深入调查和理解。