递归调用含未定义行为的C函数为何未返回垃圾值？

以下是练习C语言基础题时遇到的代码：

int func(num) {
    if (num > 0) {
        return (num + func(num - 2));
    }
}

int main() {
    printf("%d\n", func(5));
    return 0;
}

用64位GCC编译运行这段代码后，返回结果为8，但从逻辑上看，结果应该是“无法确定”。递归调用逻辑梳理如下：

5 + func(3)  => 5 + (3 + func(1))
3 + func(1)  => 3 + (1 + func(-1))
1 + func(-1) => 1 + (?)

其中func(-1)没有显式返回值，读取其返回值属于未定义行为，按预期应得到垃圾值加1，但递归中该部分却被计算为0，最终总和为8；而单独调用1 + func(-1)会返回垃圾值。

原因解释 #

• C标准明确规定：当函数执行到末尾没有通过return语句返回值时，调用者读取该函数的返回值属于未定义行为——编译器可自由处理，结果无任何保证。
• 在这个递归场景中，func(-1)不满足num>0的条件，直接走到函数末尾，没有返回值。64位GCC在当前递归的栈布局、调用上下文巧合下，负责返回值的寄存器（如x86-64架构的rax）恰好保留了0值，导致func(-1)的“返回值”被当成0，最终总和为5+3+1+0=8。
• 单独调用1 + func(-1)时，栈环境和递归调用时不同，返回寄存器中的垃圾值不是0，因此得到随机结果。
• 必须注意：这种结果完全是编译器实现的巧合，绝对不能依赖。正确的写法应该给func补充默认返回分支，比如在if语句外添加return 0;，确保函数所有执行路径都有明确返回值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user47