返回本地变量的引用及其行为

Question

我只是在学习C++基础知识，尝试了以下代码：

int& func()
{
    int localnum = 10;
    return localnum;
}

int main()
{
    int &i = func();
    cout<<"value : "<<i<<endl;
    cout<<"value : "<<i<<endl;
    return 0;
}

这里，我返回一个本地变量作为引用（实际上我不应该这样做，但我这样做只是为了学习行为）。

我认为即使func()执行完成，localnum的值仍将保留并且不会被销毁，直到任何进程使用内存空间（但设置一些位/标志以便剩余进程将此内存块视为自由并可以使用它） - 如果我错了，请纠正我

为了检查这个问题，我打印了i的值。在我的情况下，这是输出结果：

value : 10

value : 264952704

即使我使用指针并在引用的位置返回地址，情况仍然相同。

我的问题是，在这些打印之间我没有运行任何进程，但是值正在改变。那么这意味着我的系统中的其他进程正在使用localnum的内存区域吗？

- infinite loop

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这是未定义行为，所以行为可能是任何情况。试图推理它没有太多意义 - 基本上你正在返回一个可以被重新使用的内存位置的引用（因为对象的生命周期已经结束）。它可能如何被重用是随意的。局部变量通常分配在堆栈上，编译器会使用堆栈进行各种操作 - 如调用输出函数。 - Michael Burr

你是否知道<<是一个操作符，它意味着一些库函数的执行？在你的MCVE中，你确实使用了一些#include，对吧？即使你没有提供MCVE...所以不需要“不同的进程”。 - Yunnosch

Answer 1

如果你只考虑语言本身，那么这就是未定义行为，理论上结果可能是任何值。

根据你的实现推理，通常不需要另一个进程覆盖在堆栈中分配的局部变量。除其他事项外，任何对另一个函数的调用都会这样做。在这种情况下，你对cout对象的operator <<的第一次调用涉及到一个函数调用，该调用重复使用了func()使用的堆栈区域，导致覆盖了临时创建localnum变量的内存位置。

但是，观察到的结果并不一致；它很大程度上取决于实现、编译器、编译器选项等。

- A.S.H

Answer 2

<< 的使用涉及到相当多的活动，而不需要另外的进程。检查您引用的示例程序中所需的#includes。顺便说一下，给出完整的代码将被称为“MCVE”。https://stackoverflow.com/help/mcve

实际上，能够改变“你的”堆栈的唯一活动是同一进程，甚至是该进程内的同一线程。因为每个进程都有自己的堆栈。

您谈论的内存是堆栈。管理数据只不过是指向可用内存的第一个指针；可能还有隐含的了解堆栈的总大小。也就是说，对于堆栈上的每个字节，没有单独的标志，否则会增加堆栈所需的严重内存量。

对于您仅在执行相同的代码一次时获得“10”的事实，我提供以下（依赖于编译器但可能是普遍的）解释：

• 以 << 开始第一行
• 读取 i 的值
• 将该值放在某个不会被覆盖的地方
  （可能是 CPU 寄存器，或者安全地放置在堆栈的某个地方，
  即为此活动保留的一个位置）
• 使用堆栈将流式传输到输出
• 这样做会覆盖变量
• 但该值已经在别处并且是安全的
• 成功输出它
• 对于第二行再次执行所有操作，
  但这次值是被覆盖后的值

只是重复一下您自己和一些评论所说的内容：
在离开函数后使用堆栈是有问题的。

- Yunnosch

Answer 3

这是一种未定义的行为，意味着任何事情都有可能发生。真正发生的情况取决于编译器的实现。

- zhm

Answer 4

我认为即使func()执行完成，localnum的值仍将被保留且不会被销毁，直到任何进程使用内存空间（但设置一些位/标志，以便剩余进程将此内存块视为可用并可以使用）。- 如果我说错了，请纠正我。

由于这是未定义行为，你并不完全正确。某些编译器可能设置一个位/标志，而其他编译器可能将值设置为零...由于UB赋予每个编译器自由进行喜欢的操作，因此你的解释只是众多解释之一（尽管我认为这是最常见的解释）。

我的问题是，在这些打印之间我没有运行任何进程，但值仍在改变。那么这意味着我的系统中的任何其他进程都在使用localnum的内存区域吗？

如果你的进程没有这样做，并且值已更改，则是的，其他人正在更改该值。请注意，即使你没有直接更改该地址上的值，你的代码也可能以一种在你背后更改它的方式实现（例如，如Yunnosch所说的<<运算符）。

在这里，我返回了一个本地变量的引用（实际上我不应该这样做，但我这么做只是为了学习行为）。

我不建议从UB案例中学习行为。它因机器而异。

- CIsForCookies

Answer 5

由于 int localnum 的作用域仅限于 func 函数，因此您实际上正在返回对函数返回后不再可用的某些内容的引用。

- ΦXocę 웃 Пepeúpa ツ