1.6 – Неинициализированные переменные и неопределенное поведение

Неинициализированные переменные

В отличие от некоторых языков программирования, C/C++ не инициализирует большинство переменных автоматически заданным значением (например, нулем). Таким образом, когда компилятор выделяет переменной место в памяти, значением по умолчанию для этой переменной является любое (мусорное) значение, которое уже находится в этой области памяти! Переменная, которой не было присвоено известное значение (обычно посредством инициализации или присваивания), называется неинициализированной переменной.

Использование значений неинициализированных переменных может привести к неожиданным результатам. Рассмотрим следующую короткую программу:

#include <iostream>
 
int main()
{
    // определяем целочисленную переменную с именем x
    int x; // эта переменная не инициализирована, потому что мы не присвоили ей значение
    
    // выводим значение x на экран
    std::cout << x; // кто знает, что мы получим, потому что x не инициализирована
 
    return 0;
}

В этом случае компьютер выделит для x некоторую неиспользуемую память. Затем он отправит значение, находящееся в этой ячейке памяти, в std::cout, который напечатает значение (интерпретируемое как целое число). Но какое значение он напечатает? Ответ – «кто знает!», и ответ может (или не может) меняться каждый раз, когда вы запускаете программу. Когда автор запускал эту программу в Visual Studio, std::cout в первый раз вывел значение 7177728, а во второй раз – 5277592. Не стесняйтесь компилировать и запускать программу самостоятельно (ваш компьютер не взорвется).

Большинство современных компиляторов пытаются определить, используется ли переменная без присваивания значения. Если они смогут это обнаружить, они обычно выдадут ошибку времени компиляции. Например, компиляция приведенной выше программы в Visual Studio выдала следующее предупреждение:

c:\VCprojects\test\test.cpp(11) : warning C4700: uninitialized local variable 'x' used

Если ваш компилятор по этой причине не позволяет вам скомпилировать и запустить приведенную выше программу, вот возможное решение этой проблемы:

#include <iostream>

// Пока не беспокойтесь о том, что такое &, мы просто используем его, 
// чтобы заставить компилятор думать, что переменная x используется 
void doNothing(int&) 
{
}
 
int main()
{
    // определяем целочисленную переменную с именем x
    int x; // эта переменная не инициализирована
 
    // заставляем компилятор думать, что мы присваиваем значение этой переменной
    doNothing(x);
 
    // выводим значение x на экран (кто знает, что мы получим, потому что x не инициализирован)
    std::cout << x;
 
    return 0;
}

Использование неинициализированных переменных – одна из наиболее распространенных ошибок, которые совершают начинающие программисты, и, к сожалению, она также может быть одной из самых сложных для отладки (потому что программа всё равно может работать нормально, если неинициализированное значение было присвоено определенной области памяти, которая содержала приемлемое значение, например, 0).

Это основная причина использования оптимальной практики «всегда инициализировать переменные».

Неопределенное поведение

Использование значения из неинициализированной переменной – наш первый пример неопределенного поведения. Неопределенное поведение – это результат выполнения кода, поведение которого не определено языком C++. В этом случае в языке C++ нет правил, определяющих, что произойдет, если вы используете значение переменной, которой не было присвоено известное значение. Следовательно, если вы действительно сделаете это, результатом будет неопределенное поведение.

Код, реализующий неопределенное поведение, может проявлять любые из следующих симптомов:

• ваша программа при каждом запуске дает разные результаты;
• ваша программа постоянно дает один и тот же неверный результат;
• ваша программа ведет себя непоследовательно (иногда дает правильный результат, иногда нет);
• кажется, что ваша программа работает, но позже выдает неверные результаты;
• ваша программа вылетает сразу после запуска или позже;
• ваша программа работает с одними компиляторами, но не работает с другими;
• ваша программа работает до тех пор, пока вы не измените какой-нибудь другой, казалось бы, несвязанный код.

Или ваш код в любом случае может действительно вести себя правильно. Природа неопределенного поведения заключается в том, что вы никогда не знаете точно, что получите, будете ли вы получать это каждый раз, и изменится ли это поведение, когда вы внесете какие-либо изменения.

C++ содержит множество случаев, которые могут привести к неопределенному поведению, если вы не будете осторожны. Мы будем указывать на них в будущих уроках всякий раз, когда с ними столкнемся. Обратите внимание на эти случаи и убедитесь, что вы их избегаете.

Небольшой тест

Вопрос 1

Что такое неинициализированная переменная? Почему вам следует избегать их использования?

Ответ

Вопрос 2

Что такое неопределенное поведение и что может произойти, если вы сделаете что-то, что демонстрирует неопределенное поведение?

Ответ

Теги