Просмотр кода страницы Неопределённое поведение

{{не путать|неуточняемое поведение|неуточняемым поведением||Недокументированные возможности|недокументированными возможностями}}
'''Неопределённое поведение''' ({{lang-en|undefined behavior}}, в ряде источников ''непредсказуемое поведение''<ref>{{Книга|заглавие=Программирование на языке C/C++. Самоучитель|ссылка=https://books.google.com/books?id=LCCMvmnnicsC|издательство=Dialektika|год=2003-01-01|страниц=348|isbn=9785845904607}}</ref><ref>{{Книга|автор=Павловская Татьяна Александровна|заглавие=C/C++. Процедурное и объектно-ориентированное программирование. Учебник для вузов. Стандарт 3-го поколения|ссылка=https://books.google.com/books?id=UM1LDAAAQBAJ|издательство="Издательский дом ""Питер"""|год=2014-07-30|страниц=496|isbn=9785496001090}}</ref>) — ситуация, когда в определённых маргинальных случаях поведение программного продукта или устройства может меняться неконтролируемым образом и приводить к некорректным результатам, но это не является ошибкой, и о такой возможности указано в спецификации. Как правило, предполагается, что пользователь данного продукта имеет достаточную компетенцию, чтобы избежать этих случаев. Чаще всего речь идёт о неопределённом поведении в языках программирования.

Неопределенное поведение не следует путать с [[неуточняемое поведение|неуточняемым поведением]] ({{lang-en2|unspecified behavior}}), при котором спецификация разрешает не любое поведение, а только ограниченный диапазон вариантов реализации.

== Причины ==
Основные причины, по которым может допускаться неопределённое поведение:
* Технические ограничения;
* Оптимизации с целью снижения расходов на производство, эксплуатацию, повышение быстродействия и снижение потребления ресурсов;
* Возможность нескольких реализаций, например — нескольких разных компиляторов от разных производителей по одной спецификации языка программирования;
* Кроссплатформенность;
* Возможность изменения продукта со временем.
В качестве примера можно привести арифметические операции с переполнением. Например, необходимо вычислить в целых числах значение
: <math>c=\left[\frac{a+b}{2}\right]</math>
При небольших значениях a и b пример всегда решается корректно. Но если <math>a+b</math> превысит максимальный для данной платформы результат, возникнет неопределённость:
* В зависимости от платформы, [[арифметическое переполнение]] может привести к:
** аварийному останову (перехватываемому или не перехватываемому программистом);
** упору в край — независимо от слагаемых, на 16-битной системе вернёт результат {{число|32767}}, и итогом будет {{число|16383}} (так как используется только целочисленное деление);
** но чаще произойдёт циклическое переполнение: если <math>a</math> равно {{число|17000}}, а <math>b</math> равно {{число|18000}}, в итоге получится {{число|-15 268}} вместо ожидаемого {{число|17500}}.
* Кроме того, компилятор может обойти ошибку и выдать правильный ответ одним из способов:
** Компилятор может по каким-то причинам посчитать, что более оптимальным будет преобразовать выражение так, чтобы деление происходило раньше сложения, или каким-либо другим способом будет обойдён момент переполнения;
** Может использоваться [[длинная арифметика]];
** Программа может быть перенесена на платформу с большим размером [[машинное слово|слова]].

Кроме того, неопределённое поведение может случиться и в другом месте, даже до сложения с переполнением. [[Оптимизирующий компилятор]], исходя из знания об ограничениях платформы, может сделать вывод о максимально возможных значениях переменных, и выполнить оптимизации, которые могут работать некорректно при выходе этих переменных за данный диапазон — и неопределённое поведение может появиться вне выражения, собственно это неопределённое поведение вызвавшего. Например, если известно, что переменная <math>a</math> всегда больше {{число|24576}}, компилятор может посчитать, что переменная <math>b</math> всегда меньше {{число|8192}}. Если при этом в коде где-то есть проверка, больше ли <math>b</math> чем {{число|8192}}, которая при этом не меняет переменных <math>a</math> и <math>b</math> и не влияет на вычисление выражения, компилятор может посчитать, что её результат всегда будет равен true, и исключить её, даже если эта проверка осуществляется до исполнения выражения, вызывающего переполнение.

Распространено жаргонное название последствий неопределённого поведения в C, как «носовых демонов», после того, как один из пользователей [[usenet]] объяснил UB как «если программа, содержащая UB, заставит демонов вылетать из вашего носа, это не будет нарушением спецификации»<ref>{{cite web|title=nasal demons|url=http://www.catb.org/jargon/html/N/nasal-demons.html|website=[[Jargon File]]|access-date=2023-09-10|archive-date=2013-02-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20130207030919/http://www.catb.org/jargon/html/N/nasal-demons.html|deadlink=no}}</ref>.

== Борьба с неопределённым поведением ==
В случае языков программирования и программных библиотек, борьба с неопределённым поведением возложена на плечи программиста, их использующего. Часть проблем можно обнаружить, используя [[статический анализ кода]], некоторые проблемы проявляются в предупреждениях компилятора. В каких-то случаях приходится дополнять программу проверками на значения, которые могут вызвать UB.

Некоторые языки программирования исключают неопределённое поведение, запрещая делать оптимизации, которые могли бы привести к UB и устанавливая дополнительные проверки выхода за границы. Также многие оптимизирующие компиляторы позволяют либо отключить подобные оптимизации, либо установить на опасные участки дополнительные проверки.

== Примеры ==

В языке Си, к примеру, использование переменной до её инициализации приводит к неопределённому поведению. Согласно спецификации компилятор должен в этом случае сделать что-либо, что может показаться наиболее эффективным/простым. Неопределённое поведение возникает при попытке обращения к переменной.

[[Библиотека (программирование)|Библиотеки]] могут не проверять указатели на [[NULL (Си)|NULL]] для быстродействия.

В процессорах [[x86]], если есть два последовательных [[порт ввода-вывода|порта ввода-вывода]] и требуется записать информацию сначала в один порт, затем в другой — это следует делать по одному байту, поскольку порядок прихода байтов на оборудование не гарантируется.

Ещё один пример неопределенного поведения: курьёз с [[ANSI]]-[[директива компилятора|директивой]] «#pragma». Согласно спецификации языка, компиляторам предоставлена полная свобода при обработке этой конструкции. До версии 1.17 компилятор [[GCC]] при нахождении в исходном коде этой директивы пытался запустить Emacs с игрой «Ханойские башни».<ref>{{Cite web |url=http://blog.djmnet.org/2008/08/05/a-pragmatic-decision/ |title=A Pragmatic Decision {{!}} D-Mac's Stuff<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2009-03-21 |archive-date=2009-06-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20090601052649/http://blog.djmnet.org/2008/08/05/a-pragmatic-decision/ |deadlink=no }}</ref>

В качестве ещё одного примера неопределённого поведения можно привести код:

<syntaxhighlight lang="c">
int i = 5;
i = ++i + ++i;
</syntaxhighlight>

При его выполнении переменная <code>i</code> может принять значения 13 или 14 для C/C++, 13 для [[Java]], [[PHP]] и [[C Sharp|C#]], 12 при реализации на [[LISP]]. Неопределенность в языках C и C++ связана с тем, что, согласно стандартам C и C++, побочные эффекты (то есть инкремент в данном случае) могут быть применены в любой удобный для компилятора момент между двумя [[Точка следования|точками следования]].

== Достоинства ==

* Определение некоторых операций как «неопределённых» приводит подобные языки (характеризующиеся зачастую отсутствием встроенной проверки на предел массива и т. д.) к упрощению спецификации и некоторому увеличению гибкости.
* Ускоряется работа программ (так как не нужно проверять всевозможные «маргинальные» случаи).

== Недостатки ==

* Не гарантирует полной совместимости различных реализаций языка.
* Недопущение ситуаций неопределённого поведения остаётся за программистом.

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [http://www.unix.org.ua/unix2/glava_26.htm Мобильность на уровне исходных текстов] {{Wayback|url=http://www.unix.org.ua/unix2/glava_26.htm |date=20061011172950 }}
* [http://www.viva64.com/ru/b/0306/ Разыменовывание нулевого указателя приводит к неопределённому поведению] {{Wayback|url=http://www.viva64.com/ru/b/0306/ |date=20150402115001 }}

[[Категория:Ошибки программирования]]
[[Категория:Концепции языков программирования]]