c - 为什么它返回一个随机值而不是我给函数的值？

问题描述

在 C 程序中，有一个交换函数，该函数接受一个名为 x 的参数，我希望它通过更改主函数内交换函数中的 x 值来返回它。

当我将参数赋值为变量时，我想要它，但是当我直接为参数设置整数值时，程序会产生随机输出。

#include <stdio.h>

int swap (int x) {

    x = 20;
    
}

int main(void){

    int y = 100;
    
    int a = swap(y);   

    printf ("Value: %d", a);

    return 0;
}

此代码的输出：100（如我所愿）

但是这段代码：

#include <stdio.h>

int swap (int x) {

    x = 20;
    
}

int main(void){
    
    int a = swap(100);   

    printf ("Value: %d", a);

    return 0;
}

返回随机值，例如Value: 779964766or Value:1727975774。

实际上，在两个代码中，我给函数一个整数类型的值，即使是相同的值，但为什么输出不同？

标签： cassemblygccundefined-behavior

首先，C 函数是按值调用的：int x函数中的 arg 是一个copy。修改它不会修改调用者传递的任何内容的副本，因此您的swap意义为零。

其次，您正在使用函数的返回值，但您没有return声明。在 C 中（与 C++ 不同），执行从非函数的末尾脱落并不是未定义的行为void（由于历史原因，以前void存在，并且函数返回默认为 int 的类型）。但是，当函数没有返回值时，调用者使用返回值仍然是未定义的行为。return

在这种情况下，返回 100 是未定义行为的结果（使用函数的返回值，其中执行在没有return语句的情况下结束）。 这是 GCC 在调试模式下编译的巧合（-O0）：

GCC-O0喜欢在返回值寄存器中计算非常量表达式，例如 x86-64 上的 EAX/RAX。（这实际上适用于跨架构的 GCC，而不仅仅是 x86-64）。这实际上在 codegolf.SE 答案中被滥用；显然，有些人宁愿将高尔夫gcc -O0作为一种语言而不是 ANSI C。请参阅此“C 高尔夫技巧”答案及其评论，以及有关为什么在函数中将值放入 RAX 的SO Q&A 。i=j请注意，它仅在 GCC 必须将值加载到寄存器中时才有效，而不仅仅是像add dword ptr [rbp-4], 1forx++或其他那样进行内存目标增量。

在您的情况下（您的代码由 Godbolt编译器资源管理器上的 GCC10.2 编译）

int y=100;将 100 直接存储到堆栈内存（GCC 编译代码的方式）。

int a = swap(y);加载y到 EAX（没有明显原因），然后复制到 EDI 以作为 arg 传递给swap. 由于 GCC 的 asm forswap不涉及 EAX，因此在调用后，EAX=y，因此函数有效地返回y.

但是如果你用调用它swap(100)，GCC 在设置参数时不会最终将 100 放入 EAX。

GCC 编译你swap的 .asm 的方式不会触及 EAX，所以main剩下的任何东西都被视为返回值。

main:
...
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 100          # y=100

        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]          # load y into EAX
        mov     edi, eax                        # copy it to EDI (first arg-passing reg)
        call    swap                            # swap(y)

        mov     DWORD PTR [rbp-8], eax          # a = EAX as the retval = y
...

但与你的其他主要：

main:
...                                    # nothing that touches EAX
        mov     edi, 100
        call    swap
        mov     DWORD PTR [rbp-4], eax   # a = whatever garbage was there on entry to main
...

（后者作为 arg for...重新加载，匹配 ISO C 语义，因为 GCC将每个 C 语句编译为单独的 asm 块；因此，后面的不受早期 UB 的影响（与启用优化的一般情况不同），所以只打印内存位置中的任何内容。）aprintf-O0a

该swap函数编译如下（再次，GCC10.2 -O0）：

swap:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 20
        nop
        pop     rbp
        ret

请记住，这些都与有效的可移植 C 无关。这（使用留在内存或寄存器中的垃圾）是您在实践中从 C 中看到的一种调用未定义行为的东西，但肯定不是唯一的东西。另请参阅LLVM 博客中的每个 C 程序员应该了解的关于未定义行为的知识。

这个答案只是回答 asm 中到底发生了什么的字面问题。（我假设 GCC 未优化，因为这很容易解释结果，而 x86-64 因为这是一个常见的 ISA，尤其是当人们忘记提及任何 ISA 时。）

其他的编译器不一样，开启优化的GCC也会不一样。

c - 为什么它返回一个随机值而不是我给函数的值？

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