未初始化的变量及未定义的行为

未初始化的变量

与某些编程语言不同，C/C++不会自动将大多数变量初始化为给定的值（如零）。因此，当变量被分配的内存地址来存储数据时，该变量的默认值是该内存地址中已经存在的任何（垃圾）值！尚未给定值的变量称为「未初始化变量」。

使用未初始化变量的值可能会导致意外的结果。例如以下程序：

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#include <iostream>

int main()
{
    // 定义一个整形变量x
    int x; // 变量x未被初始化
    
    // 将x的值打印到屏幕上
    std::cout << x << '\n'; // 打印出来的值是未知的

    return 0;
}

在这种情况下，计算机将把一些未使用的内存分配给x。然后，它将在该内存位置的值发送到std::cout，将该值解释为整数并打印。但它将打印什么值？答案是“不知道！”，并且每次运行程序时，答案可能会（也可能不会）更改。

大多数现代编译器都会尝试检测是否在未给定值的情况下使用变量。如果它们能够检测到这一点，则通常会发出编译时警告或错误。例如，在Visual Studio上编译上述程序时产生以下警告：

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c:\VCprojects\test\test.cpp（11）：警告C4700:使用了未初始化的局部变量“x”

如果编译器不允许您编译和运行上述程序（例如，因为它将该问题视为错误），则有一种可能的解决方案可以解决此问题：

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#include <iostream>

void doNothing(int&) // 暂时不需要理解&的用途，这里使用一点技巧，让编译器认为x已经被使用
{
}

int main()
{
    int x; // 定义一个未初始化的整形变量x

    doNothing(x); // 让编译器认为x会被写入数据

    // 将x的值打印到屏幕上
    std::cout << x << '\n'; // 打印出来的值是未知的

    return 0;
}

使用未初始化的变量是初学者最常见的错误之一，不幸的是，它也可能是调试问题程序时最具挑战性的错误之一（因为如果未初始化变量碰巧分配给内存中具有合理值的点，如0，则程序可能无论如何都会运行良好）。

这是“始终初始化变量”是最佳实践的主要原因。

未定义的行为

使用未初始化变量的值是未定义行为的第一个例子。一些代码，C++语言并未规定执行的结果，执行后的结果称为未定义的行为（Undefined behavior，通常缩写为UB）。C++语言没有任何规则，来确定如果使用尚未给定已知值的变量的值会发生什么。因此，如果确实这样做，将导致未定义的行为。

实现未定义行为的代码会出现以下问题：

1. 程序每次运行时都会产生不同的结果。
2. 程序始终会产生相同的错误结果。
3. 程序的行为不一致（有时产生正确的结果，有时不产生）。
4. 程序似乎正在工作，但稍后在程序中产生错误的结果。
5. 程序立即或稍后崩溃。
6. 程序可以在某些编译器上工作，但不能在其他编译器上工作。
7. 更改了一些其他看似无关的代码，程序却无法正常运行。

或者，代码实际上可能会产生正确的行为。

C++包含许多情况，如果不小心，可能会导致未定义的行为。我们将在以后的课程中指出这些，如果遇到它们。注意这些情况的位置，并避免它们。

由实现定义的行为和未指定行为

由实现定义的行为（Implementation-defined behavior）意味着某些语法的行为由实现（编译器）定义。这样的行为必须一致并记录在案，但不同的编译器可能会产生不同的结果。

让我们看一个实现定义的行为的简单示例：

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#include <iostream>

int main()
{
	std::cout << sizeof(int); // 打印一个int占多少内存

	return 0;
}

在大多数编译器上，这将输出4，但在一些编译器上，它输出2。

未指定的行为（unspecified behavior）几乎与实现定义的行为相同，行为由实现决定，但实现不需要记录该行为。

为了避免实现定义的和未指定的行为，意味着如果在不同的编译器上编译，程序可能无法按预期工作（甚至更改项目设置后，可能也无法在同一编译器上产出相同的结果！）