通过指针访问出作用域局部变量的运行机制答疑

你观察到的代码"正常运行"属于C语言标准定义的未定义行为（Undefined Behavior，UB），只是特定编译环境、代码结构下的巧合，完全不代表访问已离开作用域的局部变量是合法操作。你之前学到的"作用域结束后局部变量被销毁，不可再通过指针访问"的结论是完全正确的，不要被单次测试结果误导。

• 局部自动变量（也就是你代码里的localvar）是分配在进程调用栈上的：进入if代码块时，栈指针移动预留对应大小的栈空间存放变量；离开代码块时，编译器并不会把这块内存清零或者交还给操作系统，只是修改栈寄存器标记这块空间为可被后续栈操作复用的状态，本质上这块内存的访问权限还是属于进程的，不会被操作系统立刻回收。
• 你的测试代码里，离开if块之后到解引用p、调用printf之前，没有任何其他操作写入这块被标记为可复用的栈空间，原来存localvar的内存位置数据没有被覆盖，所以读写这块地址时刚好能拿到、修改原来的值，表现得和访问合法变量一致。
• 你提到编译时仅出现少量警告，和你传入的编译参数直接相关：参数里的-w作用是强制关闭所有编译警告，正常不带该参数编译时，GCC会明确提示"使用了指向已超出生命周期局部变量的指针"的风险，加上-w后绝大多数警告被抑制，才会让你觉得编译器没有做足够的提示。
• C语言标准不要求编译器对所有未定义行为做编译期拦截：很多未定义行为需要运行时的动态检查才能识别，静态编译阶段通常只会给出风险提示，不会直接阻断编译。

这种"能跑"的状态极其脆弱，只要代码、编译参数、运行环境稍有变动，就会出现完全不可预期的结果：

• 如果在解引用悬空指针之前插入任何函数调用、新的局部变量定义，原来存放localvar的栈空间会立刻被复用，这时候写*p = 345会直接篡改其他函数栈帧、其他局部变量的数据，轻则输出错误值，重则破坏函数返回地址导致程序崩溃。示例代码如下：

int main ()
{
    int* p = NULL;

    if(1)
    {
        int localvar = 1;
        p = &localvar;
    }

    // 插入一次普通函数调用，栈空间就会被复用
    printf("test stack reuse\n");
    (*p) = 345; // 此时写入的是printf函数使用的栈内存，已经和原localvar无关
    printf("%i\n", *p); // 输出值完全不可控，甚至可能直接触发段错误

    return 0;
}

• 如果开启编译优化（比如加-O2参数），编译器会直接判定访问超出生命周期的局部变量属于未定义行为，直接把相关代码优化删除，你根本看不到345的输出，甚至可能把整个悬空指针访问的逻辑全部去掉。
• 换用不同编译器、不同操作系统、不同硬件架构时，栈布局规则完全不同，哪怕代码一字不改，也可能直接运行崩溃。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Edenia