Почему C не уменьшает указатель стека, если переменная выходит из области видимости?

Question

#include <stdio.h>
void main() {
    {
        int x;
        printf("%p\n", &x);
    }
    {
        int x;
        printf("%p\n", &x);
    }
}

Я бы подумал, запустив это, что он выведет одно и то же дважды.Когда он объявляет первую переменную, он увеличивает указатель стека, но затем покидает область видимости, поэтому уменьшает его, а затем просто повторяет процесс во второй раз, поэтому int x будет занимать одно и то же место в памяти в стеке оба раза.

Но это не так.Указатель стека не уменьшается, и int x в обоих случаях занимают разные места в стеке.На самом деле, первая int x все еще достижима, даже если ее охват исчез.

#include <stdio.h>
void main() {
    {
        int x = 10;
        printf("%p\n", &x);
    }
    {
        int x = 25;
        printf("%p\n", &x);
    }
    {
        int x = 71;
        printf("%p\n", &x);

        int *p = &x;
        printf("%i %i %i\n", *(p + 2), *(p + 1), *p);
    }
}

Почему это так?Что я недопонимаю?

Answer 1

Стандарт C даже не упоминает стек.Компилятор может оптимизировать переменные, когда они не нужны.В стандарте C нет абсолютно ничего, что подразумевало бы, что распечатки не должны быть ни равны, ни не равны.

На моем компьютере это проявляется в том, что выдается различный вывод в зависимости от уровня оптимизации:

$ gcc c.c

/tmp$ ./a.out 
0x7ffd8733c3ac
0x7ffd8733c3a8

/tmp$ gcc c.c -O3

/tmp$ ./a.out 
0x7fff4e91544c
0x7fff4e91544c

Фактически, первое «int x» все еще доступно, даже если его область действия отсутствует.

Доступ к переменной, которая вышла из области действия, вызывает неопределенное поведение , что означает, что все может случиться.Это включает в себя случай, когда программа работает, как предполагалось.

Вот вывод из вашего второго фрагмента с различными оптимизациями:

/tmp$ ./a.out 
0x7ffd4df94864
0x7ffd4df94860
0x7ffd4df9485c
10 25 71

/tmp$ gcc c.c -O3

/tmp$ ./a.out 
0x7ffc30b4e44c
0x7ffc30b4e44c
0x7ffc30b4e44c
0 0 71

Когда вы получаете различное поведение в зависимости от уровня оптимизации, этопочти 100% признак того, что в вашей программе есть что-то, что вызывает неопределенное поведение.Существует очень и очень малая вероятность того, что вы столкнулись с ошибкой в ​​компиляторе.И кроме этих двух причин, я не могу думать ни о чем другом, что могло бы быть причиной.

Answer 2

На практике, когда стек существует (как указывает ответ Бромана, стек не требуется, хотя равен требованием для поддержки рекурсии), компиляторы обычно генерируют кодон корректирует указатель стека только один раз при входе в функцию и еще раз при выходе из функции, даже если в функции есть под-области, ограничивающие время жизни отдельных переменных.

Это может показаться странным, если вы используетеписать на ассемблере вручную.Основная причина этого заключается в том, что каждая переменная, которая находится в стеке, имеет «слот стека» с фиксированным местоположением во всей функции, что дает компилятору максимальную гибкость при перемещении машинных инструкций дляоптимизация.