为何C语言函数f()二次及三次调用时未初始化i值可预测？

问题描述 #

无法理解为何函数f()第二次调用时，未初始化的变量i的值为1234？原以为第一次f()执行完毕后，其栈帧会被弹出，此时i应是不可预测的值。同样，在调用g(5432)后第三次调用f()时，i的值突然变为5432，这是为什么？

代码示例 #

void f();
void g(int);

void main() {
    f();
    f();
    g(5432);
    f();
}

void f() {
    int i;
    printf("%d\n", i);
    i = 1234;
}

void g(int val) {
    printf("%d\n", val);
}

运行输出 #

0
1234
5432
5432

原因解释 #

• 局部变量的存储特性：C语言中未初始化的局部变量属于自动存储类别，默认存在栈内存里。函数调用时会为局部变量分配栈帧，函数返回后，栈指针只是向上移动标记栈帧可复用，不会主动清空栈内的数据——之前存储的值会保留到被新数据覆盖为止。
• 第一次调用f()：此时i所在的栈内存是未初始化的随机值（本次输出0是环境栈初始化为0的结果，换个环境可能是其他数值），随后i被赋值为1234。函数返回后，栈里的1234并没有被清除。
• 第二次调用f()：函数再次分配栈帧时，刚好复用了第一次f()用的栈空间，i所在的内存位置还留着之前的1234，所以输出这个值。
• 调用g(5432)：函数g的参数val会存在栈内存中，输出后函数返回，栈里对应位置保留着5432。
• 第三次调用f()：再次复用栈空间时，i的位置刚好对应之前g参数val的存储位置，所以输出5432。

要特别注意：这种行为属于C标准定义的未定义行为，换个编译器、优化等级或者操作系统，运行结果可能完全不同，绝对不能在实际代码里依赖这种特性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Disdainty