gcc (MinGW.org GCC Build-2) 9.2.0
とのことで、32bit Windows(64bit Windowsだとしても32bit実行ファイルが作成・実行される)でしょうか。C言語では、データ型のサイズを具体的に定めていないため、環境によって異なります。そのため、質問のように意図的にデータ型を誤った場合、環境ごとのサイズに応じた挙動を示します。
その上で、32bit Windowsにおいては想像されている通りです。意味不明な数値の羅列になり得ます。
printf()
を呼び出す際にdata
をスタックに格納します。data
は32bit int型なのでスタックには32bitしか書き込まれていません。しかし呼び出されたprintf()
は%f
の指示により64bit倍精度浮動小数点数と解釈して読み取ります。このため、スタックに格納されたdata
の隣32bit分を読み出そうとします。
0 1 2 3 4 5 6
0123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123
<-------------------- fraction --------------------><-exponent>S
<---------- int data ----------><----------- 未初期化 ---------->
※ S = sign
この図の状況で、int data
に何が格納されていようが、表示する精度を上げない限り表示には使われません。それよりもprintf
には渡していない未初期化部分が
- 符号部 1ビット
- 指数部 11ビット
- 仮数部 上位20ビット
に当たり表示内容を決定づけています。
短いテストプログラムですし、スタックが汚れておらず未初期化部分が偶然0
で埋められていたのだと思います。結果的に倍精度浮動小数点数として0.000000
と解釈できるビット列になっただけです。
ちなみに、意図的にdata
の隣にも別の値を書き込むと表示が変化することを確認できるかと思います。
for (int i = 0; i < 32; i++)
printf("i = %d, %f\n", i, data, 1 << i);
を手元のVisual C++で実行したところ、次のような出力が得られました。
i = 0, 0.000000
i = 1, 0.000000
i = 2, 0.000000
i = 3, 0.000000
i = 4, 0.000000
i = 5, 0.000000
i = 6, 0.000000
i = 7, 0.000000
i = 8, 0.000000
i = 9, 0.000000
i = 10, 0.000000
i = 11, 0.000000
i = 12, 0.000000
i = 13, 0.000000
i = 14, 0.000000
i = 15, 0.000000
i = 16, 0.000000
i = 17, 0.000000
i = 18, 0.000000
i = 19, 0.000000
i = 20, 0.000000
i = 21, 0.000000
i = 22, 0.000000
i = 23, 0.000000
i = 24, 0.000000
i = 25, 0.000000
i = 26, 0.000000
i = 27, 0.000000
i = 28, 0.000000
i = 29, 0.000000
i = 30, 2.000000
i = 31, -0.000000
なお、MinGW-w64など64bit Windowsやmetropolisさんが説明されている64bit Linuxにおいてはまた異なる挙動になります。
64bit Windowsおよび64bit Linuxにおいては、32bit int型をスタックに格納する際、64bit領域を使います。この際の未使用の32bit部分はゼロクリアされます。
printf()
はこの64bit領域を倍精度浮動小数点数として読み取ろうとしますが、ゼロクリアされた未使用の32bit部分は
- 符号部 1ビット = 0
- 指数部 11ビット = 0
- 仮数部 上位20ビット = 0
- 仮数部 下位32ビット = dataの値
に該当し、「指数部、仮数部ともに 0 のときは ±0 を表す」が適用されるため、常に0.000000
が表示されます。
前述のコードについても、64bitではdata
の隣に1 << i
を書き込んでいますが説明の通り参照されないため、
i = 0, 0.000000
i = 1, 0.000000
i = 2, 0.000000
i = 3, 0.000000
i = 4, 0.000000
i = 5, 0.000000
i = 6, 0.000000
i = 7, 0.000000
i = 8, 0.000000
i = 9, 0.000000
i = 10, 0.000000
i = 11, 0.000000
i = 12, 0.000000
i = 13, 0.000000
i = 14, 0.000000
i = 15, 0.000000
i = 16, 0.000000
i = 17, 0.000000
i = 18, 0.000000
i = 19, 0.000000
i = 20, 0.000000
i = 21, 0.000000
i = 22, 0.000000
i = 23, 0.000000
i = 24, 0.000000
i = 25, 0.000000
i = 26, 0.000000
i = 27, 0.000000
i = 28, 0.000000
i = 29, 0.000000
i = 30, 0.000000
i = 31, 0.000000
となります。
metropolisさんが説明されている64bit Linuxの場合、int data
が64bitになるので更に異なる挙動を示しますね。