为什么printf（“％f”，0）; 给未定义的行为？

该声明

printf("%f\n",0.0f);

打印0。

但是，声明

printf("%f\n",0);

打印随机值。

我意识到我表现出某种不确定的行为，但我不知道具体为什么。

所有位均为0的浮点值仍然是有效的float，值为0。
float并且int在我的计算机上具有相同的大小（如果相关）。

为什么使用整数文字而不是浮点文字printf会导致此行为？

PS如果我使用可以看到相同的行为

int i = 0;
printf("%f\n", i);

的"%f"格式需要类型的参数double。您正在给它一个类型为的参数int。这就是行为未定义的原因。

该标准并不能保证所有位归零是一个有效的表示0.0（尽管它经常是），或任何的double价值，或者说int并double具有相同的尺寸（记住它的double，不是float），或者，即使是相同的大小，以相同的方式将它们作为参数传递给可变参数函数。

它可能会在您的系统上“工作”。这是未定义行为的最严重症状，因为这使诊断错误变得很困难。

N1570 7.21.6.1第9段：

...如果任何参数不是对应转换规范的正确类型，则行为未定义。

类型的参数float被提升为double，这就是为什么printf("%f\n",0.0f)起作用的原因。整数类型的参数比int提升为int或窄unsigned int。在的情况下，这些促销规则（由N1570 6.5.2.2第6段指定）无济于事printf("%f\n", 0)。

请注意，如果将常量传递给0需要double参数的非变量函数，则假定函数的原型是可见的，则行为定义良好。例如，sqrt(0)（after #include <math.h>）隐式地将参数0从转换int为double-，因为编译器可以从声明中sqrt看到它需要一个double参数。它没有的此类信息printf。可变参数函数之类printf的函数很特殊，在编写对其的调用时需要格外小心。

首先，正如我在其他几个答案中所提到的那样，但我认为还不够清楚：在图书馆函数采用or或参数的大多数情况下，它确实可以提供整数。编译器将自动插入一个转换。例如，是定义明确的，并且行为将与完全相同，并且在那里使用的任何其他整数类型表达式也是如此。doublefloatsqrt(0)sqrt((double)0)

printf是不同的。这是不同的，因为它需要可变数量的参数。其功能原型是

extern int printf(const char *fmt, ...);

因此，当你写

printf(message, 0);

编译器没有有关第二个参数printf 期望为哪种类型的任何信息。它只有参数表达式的类型为int。因此，与大多数库函数不同，程序员必须确保参数列表与格式字符串的期望匹配。

（现代编译器可以查看格式字符串，并告诉您类型不匹配，但是它们不会开始插入转换来完成您的意思，因为当您注意到时，最好现在就中断代码，而不是几年后使用不太有用的编译器进行重建。）

现在，问题的另一半是：鉴于在大多数现代系统中，（int）0和（float）0.0都表示为32位，而所有这些都为零，为什么它仍然不起作用？C标准只是说“这不是必需的，您自己一个人做”，但是让我说明为什么它不起作用的两个最常见的原因。可能会帮助您了解为什么不需要它。

首先，由于历史的原因，当你传递一个float通过可变参数列表，它被提拔到double，这在大多数现代系统，是64个位宽。因此printf("%f", 0)，仅将32个零位传递给期望有64个零位的被调用方。

同样重要的第二个原因是，浮点函数参数可能在与整数参数不同的地方传递。例如，大多数CPU对于整数和浮点值都有单独的寄存器文件，因此可能的规则是，参数0到4如果是整数，则输入到寄存器r0到r4；如果参数是浮点，则输入f0到f4。因此，printf("%f", 0)在寄存器f1中查找该零，但根本不存在。

通常，当您调用需要a的函数double但提供a时int，编译器会自动double为您转换为a 。不会发生这种情况printf，因为在函数原型中未指定参数的类型-编译器不知道应应用转换。

为什么使用整数文字而不是浮点文字会导致此行为？

因为printf()除了const char* formatstring第一个参数外没有类型化的参数。...其余所有内容均使用c形省略号（）。

只是根据格式字符串中给出的格式类型决定如何解释在那里传递的值。

您将具有与尝试时相同的不确定行为

 int i = 0;
 const double* pf = (const double*)(&i);
 printf("%f\n",*pf); // dereferencing the pointer is UB

使用不匹配的printf()说明符"%f"和类型(int) 0会导致未定义的行为。

如果转换规范无效，则行为未定义。C11dr§7.21.6.19

UB的候选原因。

1. 根据规范，它是UB，编译是精炼-'nuf说。

2. double并且int大小不同。

3. double并int可以使用不同的堆栈（常规vs. FPU堆栈）传递其值。

4. 一个double 0.0 可能不是由一个全零的位模式来定义。（罕见）

这是从编译器警告中学习的绝佳机会之一。

$ gcc -Wall -Wextra -pedantic fnord.c 
fnord.c: In function ‘main’:
fnord.c:8:2: warning: format ‘%f’ expects argument of type ‘double’, but argument 2 has type ‘int’ [-Wformat=]
  printf("%f\n",0);
  ^

要么

$ clang -Weverything -pedantic fnord.c 
fnord.c:8:16: warning: format specifies type 'double' but the argument has type 'int' [-Wformat]
        printf("%f\n",0);
                ~~    ^
                %d
1 warning generated.

因此，printf正在产生未定义的行为，因为您正在向它传递不兼容的参数类型。

我不确定是什么令人困惑。

您的格式字符串应为double; 您改为提供int。

两种类型是否具有相同的位宽完全无关紧要，除了它可以帮助您避免像这样的破损代码避免硬存储器冲突异常。

"%f\n"仅当第二个printf()参数的类型为时，才保证可预测的结果double。接下来，可变参数函数的额外参数是默认参数提升的主题。整数参数属于整数提升，它永远不会导致浮点类型的值。并将float参数提升为double。

最重要的是：standard允许第二个参数为or float或or double而没有其他值。

为什么正式使用UB现在已经在几个答案中进行了讨论。

明确获得此行为的原因取决于平台，但可能是以下原因：

• printf期望其参数根据标准vararg传播。这意味着一float将是一个double和任何小于一int将是一个int。
• 您传递int的函数需要一个double。您int可能是32位，也就是double64位。这意味着从该参数应位于的位置开始的四个堆栈字节为0，但随后的四个字节具有任意内容。这就是用于构造显示的值的方法。

造成此“不确定值”问题的主要原因在于，将指针转换为int传递给printf变量参数部分的值，并将其转换为宏执行的double类型的指针va_arg。

这会导致引用未完全初始化的内存区域，而该内存区域未使用作为参数传递给printf的值进行初始化，因为doublesize内存缓冲区区域大于intsize。

因此，取消引用此指针时，将返回一个不确定的值，或者更好的是一个“值”，该值部分包含作为参数传递给的值printf，对于其余部分，它可能来自另一个堆栈缓冲区甚至是一个代码区（引发内存故障异常）， 真正的缓冲区溢出。


它可以考虑的“printf”和“在va_arg” ...的semplificated代码实现的这些特定部分

的printf

va_list arg;
....
case('%f')
      va_arg ( arg, double ); //va_arg is a macro, and so you can pass it the "type" that will be used for casting the int pointer argument of printf..
.... 

双值参数代码案例管理在vprintf中的实际实现（考虑gnu impl。）是：

if (__ldbl_is_dbl)
{
   args_value[cnt].pa_double = va_arg (ap_save, double);
   ...
}

va_arg

char *p = (double *) &arg + sizeof arg;  //printf parameters area pointer

double i2 = *((double *)p); //casting to double because va_arg(arg, double)
   p += sizeof (double);

参考资料

1. gnu项目的“ printf”（vprintf）的glibc实现
2. printf的简化代码示例
3. va_arg的简化代码示例