C语言未初始化结构体成员非随机取值现象相关疑问

现象本质说明 #

你观察到的所有固定表现都是特定编译环境、运行环境下的临时现象，不属于C语言标准定义的行为，绝对不能在生产代码中依赖。C标准明确规定：未显式初始化的自动存储周期（栈分配局部）对象值不确定，读取该类对象属于未定义行为。

底层原因解释 #

该现象和进程栈内存的初始状态、函数调用时的栈操作直接相关：

• 现代操作系统为了避免内存信息泄露，给用户进程分配的栈页初始状态都是全0清零的，程序刚启动进入main函数时，未被使用过的栈区域值都是0。
• 对于仅包含两个int成员的结构体：
  32位环境下结构体大小为8字节，64位环境下也为8字节，你测试时main函数中调用printf前，该结构体对应的栈位置还没有被任何代码修改，所以读取到的就是初始的全0值。
  对应测试代码：

  typedef struct st {
      int a;
      int b;
  } st;
  
  int main(void)
  {
      st my;
      printf("a: %d\n", my.a); // always 0
      printf("b: %d\n", my.b); // always 0
      return (0);
  }
  

• 对于新增char *成员的结构体：
  64位环境下指针占8字节，整个结构体大小变为16字节，你观察到str始终为NULL、a/b为随机值的原因和printf调用的栈操作有关：printf是可变参数函数，调用时需要将参数、返回地址等数据压入栈中，这个过程刚好覆盖了结构体a、b成员对应的栈地址，把这部分内存修改为了随机值，而str成员对应的栈地址没有被覆盖，依然保留了初始的全0值（即NULL）。
  对应测试代码：

  typedef struct st {
      int a;
      int b;
      char *str;
  } st;
  
  int main(void)
  {
      st my;
      printf("a: %d\n", my.a); // Random value
      printf("b: %d\n", my.b); // Random value
      printf("str: %s\n", my.str); // Always NULL
      return (0);
  }
  

• 结构体pack不生效的原因：pack仅取消结构体内部的成员对齐填充，不会修改结构体在栈上的分配位置，也不会改变函数调用时的栈操作逻辑，因此无法改变你观察到的现象。

验证方法 #

你可以尝试在声明结构体后先调用一个任意空函数，再打印结构体成员值，之前表现为固定0的成员也会变为随机值，原因就是空函数的调用、返回过程修改了对应位置的栈内存。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ricardomart