Day 3：C语言中的未定义行为（Undefined Behavior, UB）

最新推荐文章于 2025-09-07 14:10:14 发布

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#c语言 #开发语言

1. 原理与细节讲解

未定义行为（Undefined Behavior, UB）是C语言标准中的一个概念，指的是当程序执行某些操作时，标准没有规定结果，因此编译器可以自由处理，可能导致任何结果：正常运行、崩溃、输出异常、甚至什么也不做。

C语言出现UB的原因多是为了给编译器优化空间，但也让开发者需要非常小心，否则很难发现和定位bug。

2. 典型陷阱/缺陷

常见UB示例：

数组越界访问

int arr[3] = {1,2,3};
int x = arr[5]; // UB：越界读

使用未初始化的变量

int x;
printf("%d\n", x); // UB：x的值未定义

整数溢出（有符号）

int x = 2147483647;
x = x + 1; // UB：有符号整型溢出

修改字符串常量

char *s = "hello";
s[0] = 'H'; // UB：字符串常量不可修改

指针非法转换和不对齐访问

int *p = (int *)malloc(3);
*p = 42; // UB：未对齐或未分配足够内存

成因：
C标准只规定了某些行为的语义，对部分操作明令为“未定义”，目的是方便编译器做极致优化，不必顾及所有边界情况。

3. 规避方法与设计建议

始终初始化变量，避免未定义初值。
数组访问严格检查边界，可以用assert/工具检测。
不要依赖有符号整数的溢出结果，使用unsigned或标准库函数检测溢出。
字符串常量只读，如要修改内容，用字符数组。
指针使用前确保对齐和合法分配。
使用静态分析工具（如clang-analyze、gcc -fsanitize=undefined、valgrind等）定期检查代码。

4. 代码示例

错误代码

#include <stdio.h>
int main() {
    int arr[3] = {1,2,3};
    printf("%d\n", arr[5]); // UB：越界
    int x;
    printf("%d\n", x);      // UB：未初始化
    char *s = "hello";
    s[0] = 'H';             // UB：修改常量区
    return 0;
}

正确代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    int arr[3] = {1,2,3};
    int index = 2;
    if (index >= 0 && index < 3)
        printf("%d\n", arr[index]);
    int x = 0;
    printf("%d\n", x);
    char s[] = "hello";
    s[0] = 'H'; // 安全：s是可写数组
    printf("%s\n", s);
    return 0;
}