Clang 13 -O2优化输出异常而GCC正常，代码是否存在未定义行为？

你的代码存在明确的未定义行为（UB），问题出在string_push_char函数中：

void string_push_char(String *self, char c) {
    self->len = self->len + 1;
    char *temp = realloc(self->s, self->len); // realloc返回新内存指针
    if (temp == NULL) {
        printf("Failed to allocate memory in \"string_push_char()\".\n");
        exit(-1);
    }
    // ！！！这里漏掉了将新指针赋值回self->s的操作：self->s = temp;
    self->s[self->len - 2] = c; // 仍然使用已经被realloc释放的旧指针写入
    self->s[self->len - 1] = 0;
}

realloc在调整内存大小时，如果原有内存块后面没有足够的连续空间，会申请一块新的内存、拷贝原有数据、释放旧内存块，最终返回新的内存地址。你没有把新地址赋值给self->s，后续写入操作都是针对已经被释放的旧内存地址，属于**释放后使用（Use After Free）**错误。

未定义行为的典型特征就是跨编译器、跨优化级别表现不稳定：

• 低优化级别、GCC各优化级别下，realloc刚好没有移动内存块，旧指针仍然指向有效的内存地址，写入操作刚好生效，因此输出符合预期。
• Clang开启-O2优化时，编译器会做激进的优化，realloc调用后旧指针会被标记为无效，你对旧指针的写入操作不会同步到新分配的内存块中，新内存里还是初始的空字符串，因此输出为: 5。
• 加入-fsanitize=undefined参数后， sanitizer会替换标准库的内存分配实现，realloc的行为逻辑发生变化，不会激进地标记旧指针为无效，因此运行结果又符合预期。

• 首先开启编译告警：编译时加入-Wall -Wextra参数，Clang、GCC都会直接提示你temp变量定义后未使用，直接指向问题代码。
• 使用内存检测工具：比如Valgrind、AddressSanitizer（编译加-fsanitize=address），运行程序会直接报出Use After Free错误，定位到出错的代码行。
• 遇到优化级别改变就结果异常的场景，优先排查内存操作相关的未定义行为：包括指针越界、释放后使用、未初始化变量访问等。

只需要在realloc调用成功后，将新指针赋值回self->s即可：

void string_push_char(String *self, char c) {
    self->len = self->len + 1;
    char *temp = realloc(self->s, self->len);
    if (temp == NULL) {
        printf("Failed to allocate memory in \"string_push_char()\".\n");
        exit(-1);
    }
    self->s = temp; // 新增这行
    self->s[self->len - 2] = c;
    self->s[self->len - 1] = 0;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者C-W-M-Oliver8012