为何引用声明会影响未初始化指针的指向地址？

案例1 #

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int n = 1;
    // int & r = n;
    int * p;
    cout << &n << endl;
    cout << p << endl;
    return 0;
}

输出1：

0x7fffffffdc94
0

案例2 #

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int n = 1;
    int & r = n;
    int * p;
    cout << &n << endl;
    cout << p << endl;
    return 0;
}

输出2：

0x7fffffffdc8c
0x7fffffffdd90

问题解析 #

首先要明确：未初始化的指针的值属于C++标准定义的「未定义行为」，标准没有规定它必须指向固定类型的地址，输出0、随机地址、甚至和其他变量相关的地址都是可能的，完全没有可依赖的规律。

添加引用声明后指针p的输出变化，本质是编译器栈帧布局改变导致的：

• 引用在底层实现中通常会被编译器转化为指针（尽管C++标准中引用和指针是不同概念），添加int &r = n;后，栈上变量的分配位置、顺序会被编译器调整，未初始化的p所在的栈内存区域残留的垃圾数据随之改变。
• 案例1中p输出0，只是因为栈上该位置刚好残留了0值；案例2中p输出的地址看起来和n相关，也只是巧合——栈内存的残留值完全取决于之前的栈操作，没有任何必然联系。
• 这种现象完全是未定义行为的表现，不能以此推导任何编程规律，使用未初始化变量是严重的编程错误，实际开发中必须确保指针初始化后再使用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者qiao shao