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snprintf sprintf sscanf sscanf_s swprintf swprintf_s swscanf swscanf_s tmpfile tmpfile_s tmpnam tmpnam_s ungetc ungetwc vfprintf vfprintf_s vfscanf vfscanf_s vfwprintf vfwprintf_s vfwscanf vfwscanf_s vprintf vprintf_s vscanf vscanf_s vsnprintf vsprintf vsscanf vsscanf_s vswprintf vswprintf_s vswscanf vswscanf_s vwprintf vwprintf_s vwscanf vwscanf_s wprintf wprintf_s wscanf wscanf_s Localization support lconv LC_ALL LC_COLLATE LC_CTYPE LC_MONETARY LC_NUMERIC LC_TIME localeconv Localization support setlocale Numerics abs acos acosf acosh acoshf acoshl acosl asin asinf asinh asinhf asinhl asinl atan atan2 atan2f atan2l atanf atanh atanhf atanhl atanl cabs cabsf cabsl cacos cacosf cacosh cacoshf cacoshl cacosl carg cargf cargl casin casinf casinh casinhf casinhl casinl catan catanf catanh catanhf catanhl catanl cbrt cbrtf cbrtl ccos ccosf ccosh ccoshf ccoshl ccosl ceil ceilf ceill cexp cexpf cexpl cimag cimagf cimagl clog clogf clogl CMPLX CMPLXF CMPLXL Common mathematical functions 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isless islessequal islessgreater isnan isnormal isunordered labs ldexp ldexpf ldexpl ldiv lgamma lgammaf lgammal llabs lldiv llrint llrintf llrintl llround llroundf llroundl log log10 log10f log10l log1p log1pf log1pl log2 log2f log2l logb logbf logbl logf logl lrint lrintf lrintl lround lroundf lroundl MATH_ERREXCEPT math_errhandling MATH_ERRNO modf modff modfl nan NAN nanf nanl nearbyint nearbyintf nearbyintl nextafter nextafterf nextafterl nexttoward nexttowardf nexttowardl Numerics pow powf powl Pseudo-random number generation rand RAND_MAX remainder remainderf remainderl remquo remquof remquol rint rintf rintl round roundf roundl scalbln scalblnf scalblnl scalbn scalbnf scalbnl signbit sin sinf sinh sinhf sinhl sinl sqrt sqrtf sqrtl srand tan tanf tanh tanhf tanhl tanl tgamma tgammaf tgammal trunc truncf truncl Type-generic math _Complex_I _Imaginary_I Program support abort atexit at_quick_exit exit EXIT_FAILURE EXIT_SUCCESS getenv getenv_s jmp_buf longjmp Program support utilities quick_exit raise setjmp SIGABRT SIGFPE SIGILL SIGINT signal SIGSEGV SIGTERM sig_atomic_t SIG_DFL SIG_ERR SIG_IGN system _Exit Strings atof atoi atol atoll btowc c16rtomb c32rtomb char16_t char32_t isalnum isalpha isblank iscntrl isdigit isgraph islower isprint ispunct isspace isupper iswalnum iswalpha iswblank iswcntrl iswctype iswdigit iswgraph iswlower iswprint iswpunct iswspace iswupper iswxdigit isxdigit mblen mbrlen mbrtoc16 mbrtoc32 mbrtowc mbsinit mbsrtowcs mbsrtowcs_s mbstate_t mbstowcs mbstowcs_s mbtowc memchr memcmp memcpy memcpy_s memmove memmove_s memset memset_s Null-terminated byte strings Null-terminated multibyte strings Null-terminated wide strings strcat strcat_s strchr strcmp strcoll strcpy strcpy_s strcspn strerror strerrorlen_s strerror_s Strings library strlen strncat Thread support call_once cnd_broadcast cnd_destroy cnd_init cnd_signal cnd_timedwait cnd_wait mtx_destroy mtx_init mtx_lock mtx_plain mtx_recursive mtx_timed mtx_timedlock mtx_trylock mtx_unlock once_flag ONCE_FLAG_INIT thrd_busy thrd_create thrd_current thrd_detach thrd_equal thrd_error thrd_exit thrd_join thrd_nomem thrd_sleep thrd_success thrd_timedout thrd_yield Thread support library thread_local tss_create tss_delete TSS_DTOR_ITERATIONS tss_get tss_set Type support Boolean type support library Fixed width integer types FLT_EVAL_METHOD FLT_ROUNDS max_align_t NULL Numeric limits offsetof ptrdiff_t size_t Type support Variadic functions Variadic functions va_arg va_copy va_end va_list va_start
characters

C語言標(biāo)準(zhǔn)精確地規(guī)定了C語言程序的可觀察行為，除了以下幾類：

  • 未定義的行為 - 對(duì)程序的行為沒有限制。未定義行為的例子是數(shù)組邊界之外的內(nèi)存訪問，有符號(hào)整數(shù)溢出，空指針取消引用，在沒有序列點(diǎn)的表達(dá)式中多次修改相同標(biāo)量，通過不同類型的指針訪問對(duì)象等。編譯器不需要診斷未定義的行為（雖然診斷了許多簡(jiǎn)單情況），編譯后的程序不需要做任何有意義的事情。

  • 未指定的行為 - 允許兩個(gè)或更多行為，并且不需要實(shí)現(xiàn)來記錄每個(gè)行為的影響。例如，評(píng)估順序，相同的字符串文字是否不同等。每個(gè)未指定的行為都會(huì)導(dǎo)致一組有效結(jié)果中的一個(gè)，并且在同一程序中重復(fù)時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。

  • 實(shí)現(xiàn)定義的行為 - 未指定的行為，其中每個(gè)實(shí)現(xiàn)記錄如何進(jìn)行選擇。例如，一個(gè)字節(jié)中的位數(shù)，或者有符號(hào)整數(shù)右移是算術(shù)還是邏輯。

  • 特定于語言環(huán)境的行為 - 實(shí)現(xiàn)定義的行為取決于當(dāng)前選擇的語言環(huán)境。例如，對(duì)于islower除26個(gè)小寫拉丁字母以外的任何字符，是否返回true。

（注意：嚴(yán)格符合的程序不依賴于任何未指定的，未定義的或?qū)崿F(xiàn)定義的行為）。

編譯器需要為任何違反C語法規(guī)則或語義約束的程序發(fā)布診斷消息（錯(cuò)誤或警告），即使其行為被指定為未定義或?qū)崿F(xiàn)定義的，或者編譯器提供了允許它的語言擴(kuò)展接受這樣的計(jì)劃。對(duì)未定義行為的診斷不是必需的。

UB和優(yōu)化

由于正確的C程序沒有未定義的行為，因此編譯器可能會(huì)在實(shí)際具有UB的程序在啟用優(yōu)化的情況下編譯時(shí)產(chǎn)生意外的結(jié)果：

例如，

簽名溢出

int foo(int x) {    return x+1 > x; // either true or UB due to signed overflow}

可能被編譯為（演示）。

foo(int):
        movl    $1, %eax
        ret

訪問出界

int table[4] = {};int exists_in_table(int v){    // return true in one of the first 4 iterations or UB due to out-of-bounds access    for (int i = 0; i <= 4; i++) {        if (table[i] == v) return 1;    }    return 0;}

可以編譯為（演示）。

exists_in_table(int):
        movl    $1, %eax
        ret

未初始化的標(biāo)量

bool p; // uninitialized local variableif(p) // UB access to uninitialized scalar    puts("p is true");if(!p) // UB access to uninitialized scalar    puts("p is false");

可能產(chǎn)生以下輸出（用舊版本的gcc觀察）：

p is truep is false
size_t f(int x){
    size_t a;    if(x) // either x nonzero or UB
        a = 42;    return a; }

可以編譯為（演示）。

f(int):
        mov     eax, 42
        ret

訪問傳遞給realloc的指針

選擇clang以觀察顯示的輸出。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(void) {
    int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
    int *q = (int*)realloc(p, sizeof(int));    *p = 1; // UB access to a pointer that was passed to realloc    *q = 2;    if (p == q) // UB access to a pointer that was passed to realloc        printf("%d%d\n", *p, *q);}

可能的輸出：

12

無限循環(huán)無副作用

選擇clang以觀察顯示的輸出。

#include <stdio.h>
 int fermat() {  const int MAX = 1000;
  int a=1,b=1,c=1;  // Endless loop with no side effects is UB  while (1) {    if (((a*a*a) == ((b*b*b)+(c*c*c)))) return 1;
    a++;    if (a>MAX) { a=1; b++; }    if (b>MAX) { b=1; c++; }    if (c>MAX) { c=1;}  }  return 0;}
 int main(void) {  if (fermat())    puts("Fermat's Last Theorem has been disproved.");  else    puts("Fermat's Last Theorem has not been disproved.");}

可能的輸出：

Fermat's Last Theorem has been disproved.

參考

  • C11標(biāo)準(zhǔn)（ISO / IEC 9899：2011）：

    • 3.4行為（p：3-4）

    • 4/2未定義的行為（p：8）

  • C99標(biāo)準(zhǔn)（ISO / IEC 9899：1999）：

    • 3.4行為（p：3-4）

    • 4/2未定義的行為（p：7）

  • C89 / C90標(biāo)準(zhǔn)（ISO / IEC 9899：1990）：

    • 1.6術(shù)語定義

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