未指定，未定义和实现定义的行为WIKI for C

虽然SO上有很多关于这个主题的链接，但我认为有些东西缺失：用简单的语言明确解释未指定行为 （UsB）， 未定义行为 （UB）和实现定义行为 （IDB）之间的区别）详细但容易解释任何用例和示例。

注意：为了在WIKI中实现紧凑性，我将UsB缩写为up，但是不要指望在其他地方使用它。

我知道这可能看起来与其他post（它更接近的是这个 ） 的重复 ，但在任何人将此标记为重复之前 ，请考虑我已经找到的所有材料的问题（我将要制作这个post中的社区WIKI）：

• 太多分散的例子。 当然，例子并不坏，但有时人们无法找到一个很好地适应他手头问题的例子，因此它们可能会令人困惑（特别是对于新手）。

• 示例通常只是代码，但解释很少。 在这些微妙的问题上，特别是（相对）新手，更自上而下的方法可能更好：首先是一个清晰，简单的解释与抽象（但不是法律）的描述， 然后是一些简单的例子，解释为什么他们触发一些行为 。

• 有些post经常混合使用C和C ++示例。 C和C ++有时与他们认为的UsB，UB和IDB不一致，所以一个例子可能会误导那些不熟悉这两种语言的人。

• 当给出UsB，UB和IDB的定义时，通常它是标准的简单引用，有时可能不清楚或难以为新手消化。

• 有时引用标准是不完整的。 许多post只引用了对手头问题有用的部分标准，这很好，但缺乏一般性。 此外，标准的引用通常没有任何解释（对初学者不利）。

由于我自己不是这个主题的超级专家，我将建立一个社区WIKI，以便任何有兴趣的人都可以贡献并改进答案。

为了不破坏我创建一个结构良好的初学友好的WIKI的目的，我希望海报在编辑WIKI时遵循一些简单的指导原则：

• 对您的用例进行分类。 尝试将您的示例/代码放在已存在的类别下（如果适用），否则创建一个新类别。

• 首先是简单的单词描述。 首先用简单的词语描述（当然，不要过于简单化 – 质量第一！）你想要做的例子或要点。 然后输入代码示例或引用。

• 引用标准参考。 不要发布各种标准的片段，但要提供明确的参考资料（例如C99 WG14 / N ……第1.4.7节，第……段）， 并在可能的情况下发布相关资源的链接。

• 喜欢免费的在线资源。 如果你想引用书籍或非免费可用的资源（可能会提高WIKI的质量），但也尝试添加一些免费资源的链接。 这对ISO标准尤为重要。 欢迎您添加官方标准的链接，但也尝试添加等效链接以免费提供草稿。 请不要将参考链接替换为参考官方标准， 添加到它们 。 甚至某些大学的某些计算机科学系也没有ISO标准的副本，更不用说大多数程序员了！

• 除非确实需要，否则不要发布代码。 仅在仅使用普通英语的解释尴尬或不清楚时才发布代码。 尝试将代码示例限制为单行。 发布指向其他SO Q＆A的链接。

• 不要发布C ++示例。 我希望这能成为C的一种常见问题解答（如果有人想为C ++启动一个双线程，那将是很棒的）。 与C ++的相关差异是受欢迎的，但仅作为附注。 这是在你彻底解释C案例之后你可以添加一些关于C ++的陈述，如果这对C程序员在切换到C ++时会有所帮助，但我不希望看到的例子超过20％的C ++。 通常一个简单的注释，如“（C ++在这种情况下表现不同）”加上相关链接应该就足够了。

因为我对SO很新，所以我希望通过这种方式开始问答我不会违反任何规则。 对不起，如果是这样的话。 我们欢迎各位模特让我知道。

Answer 1

C标准以可归纳如下的方式定义UsB，UB和IDB：

未指定的行为（ UsB ）

这是一种行为，标准提供了一些替代方案，其中实施必须选择 ，但它并没有强制要求如何以及何时进行选择。 换句话说，实现必须接受用户代码触发该行为而不会出错，并且必须符合标准给出的替代方案之一。

请注意， 不需要实现来记录有关所做选择的任何内容。 这些选择也可能是非确定性的或依赖于（以未记录的方式）编译器选项。

总结一下：标准提供了一些可供选择的可能性，实现选择何时以及如何选择和应用特定替代方案。

请注意，该标准可能提供了大量的替代方案。 典型示例是未显式初始化的局部变量的初始值。 标准表示只要它是变量数据类型的有效值，就不会指定此值。

更具体地说，考虑一个int变量：一个实现可以自由选择任何int值，并且这个选择可以是完全随机的，非确定性的，或者是由实现的想法所左右， 这不需要记录任何关于它 。 只要实施保持在标准规定的限制范围内，这是可以的，用户不能抱怨。

未定义的行为（ UB ）

由于命名表明这是C标准没有强制或保证程序应该或应该做什么的情况。 所有赌注都已关闭。 这样的情况：

• 使程序错误或不可移植

• 从实现中不需要任何东西

这是一个非常讨厌的情况：只要有一段代码具有未定义的行为， 整个程序就被认为是错误的，并且标准允许执行所有操作 。

换句话说，只要涉及触发UB的程序，UB的原因的存在允许实现完全忽略标准。

请注意，在这种情况下的实际行为可能涵盖无限范围的可能性，以下内容绝不是详尽的列表：

• 可能会发出编译时错误。
• 可能会发出运行时错误。
• 问题完全被忽略（这可能会导致程序错误）。
• 编译器默默地抛出UB代码作为优化。
• 您的硬盘可能已格式化。
• 您的计算机可能会清除您的银行帐户，并要求您的女朋友约会。

我希望最后两件（ 半真的）项目可以让你对UB的肮脏感有正确的感觉。 即使大多数实现都不会插入必要的代码来格式化硬盘，但真正的编译器会进行优化！

术语注意：有时人们认为标准认为其实现/系统/环境中的UB源代码的某些代码以文档的方式工作， 因此它不能真正是UB。 这种推理是错误的 ，但这是一个常见的（并且有些可理解的）误解：当在C语境中使用术语UB（以及UsB和IDB）时，它意味着一个技术术语，其精确含义由标准定义（ S）。 特别是“未定义”这个词失去了它的日常意义。 因此，显示错误或不可移植程序产生“明确定义”行为作为反例的示例是没有意义的。 如果你尝试，你真的很想念。 UB意味着您失去了标准的所有保证。 如果您的实现提供了扩展，那么您的保证只是您的实现。 如果你使用那个扩展你的程序不再是一个符合C的程序（从某种意义上说，它不再是一个C程序，因为它不再遵循标准！）。

未定义行为的有用性

关于UB的一个常见问题就是这些问题： “如果UB是如此令人讨厌，为什么标准要求实施在面对UB时发出错误？”

首先，优化。 允许实现不检查UB的可能原因允许进行大量优化，使C程序非常高效。 这是C的特征之一，尽管它使C成为初学者的许多陷阱的来源。

其次，标准中UB的存在允许符合要求的实现提供对C的扩展而不被视为整体不符合。

只要实现的行为符合一致性程序的要求，它本身就符合要求，尽管它可能提供可能在特定平台上有用的非标准设施。 当然，使用这些设施的程序将是不可移植的，并且将依赖于记录的UB ，即根据标准的UB行为，但是实现文档作为扩展。

实现定义的行为（ IDB ）

这是一种可以用类似于UsB的方式描述的行为：标准提供了一些替代方案，实现选择了一个，但实现需要准确记录如何做出选择 。

这意味着必须为阅读其编译器文档的用户提供足够的信息，以准确预测特定情况下将发生的情况。

请注意，不能完全记录IDB的实现不能被视为符合要求。 符合标准的实现必须准确记录标准声明IDB的任何情况下发生的情况。

未指定行为的示例

评估顺序

函数参数

函数参数的评估顺序未指定EXP30-C 。

例如，在c(a(), b()); 是否在b之前或之后调用函数a未指定。 唯一的保证是在c函数之前调用它们。

未定义行为的示例

指针

取消引用空指针

空指针用于表示指针未指向有效内存。 因此，尝试通过空指针读取或写入内存没有多大意义。

从技术上讲，这是未定义的行为。 但是，由于这是一个非常常见的错误来源，因此大多数C环境确保大多数取消引用空指针的尝试都会立即使程序崩溃（通常会使用分段错误将其终止）。 由于引用数组和/或结构时涉及指针算法，因此这种保护并不完美，因此即使使用现代工具，取消引用空指针也可能会格式化您的硬盘驱动器。

取消引用未初始化的指针

就像空指针一样，在明确设置其值之前取消引用指针是UB。 与空指针不同，大多数环境不提供针对此类错误的任何安全网，除了编译器可以对其进行警告。 无论如何，如果你编译代码，你很可能会遇到UB的整个肮脏。

取消引用无效指针

无效指针是一个指针，其中包含的地址不在任何已分配的内存区域内。 创建无效指针的常用方法是调用free() （在调用之后，指针将无效，这几乎是调用free() ），或者使用指针算法来获取超出限制的地址分配的内存块。

这是指针解除引用UB最邪恶的变种：没有安全网，没有编译器警告，只有代码可以做任何事情。 通常，它确实如此：大多数恶意软件攻击在程序中使用这种UB行为，使程序按照他们希望的行为（如安装木马，键盘记录程序，加密硬盘等）。 使用这种UB，格式化硬盘的可能性变得非常真实！

抛弃常数

如果我们将一个对象声明为const ， 我们会向编译器发出一个承诺，即我们永远不会更改该对象的值。 在许多情况下，编译器会发现这种无效的修改并向我们大喊大叫。 但是如果我们像这个代码片段那样抛弃constness：

 int const a = 42; ... int* ap0 = &a; //< error, compiler will tell us int* ap1 = (int*)a; //< silences the compiler ... *ap1 = 43; //< UB ==> program crash? 

编译器可能无法跟踪此无效访问，将代码编译为可执行文件，并且仅在运行时检测到无效访问并导致程序崩溃。

第2类

把标题放在这里！

把你的解释放在这里！

实现定义的行为的示例

第1类

把标题放在这里！

把你的解释放在这里！

Answer 2

N1570是ISO C标准的草案，非常接近官方的ISO文件。

N1256是早期的草案，其中包含C99标准以及三项技术勘误的更改。

附件J有5个部分，每个部分收集散布在标准其余部分的信息：

• J.1未指定的行为
• J.2未定义的行为
• J.3实现定义的行为
• J.4特定于语言环境的行为
• J.5常用扩展