Почему эта программа выдает странный результат, когда переменная не инициализирована?

Поведение вашей программы не определено.

Внутренняя область видимости i не инициализирована в момент чтения.

(Что может случиться, так это то, что повторно введенный i на последующих итерациях занимает ту же самую память, что и предыдущее воплощение внутреннего i, а неинициализированная память на первой итерации соответствует 0. Но don не полагайтесь на это. В других случаях компилятор может съесть вашу кошку.)

Второй printf в вашей программе выводит значение мусора из неинициализированной локальной переменной i. В общем случае поведение не определено.

Случайно место хранения, которое представляет ваш i (ячейка памяти или регистр ЦП), одинаково на каждой итерации цикла. По другой случайности тело вашего цикла выполняется как единый составной оператор для каждой итерации (в отличие от разворачивания цикла и одновременного выполнения всех итераций с чередованием). По еще одной случайности место хранения i сохраняет свое старое значение с предыдущей итерации. Итак, печатаемый вами мусор соответствует последнему сохраненному значению из этого места на предыдущей итерации цикла.

Вот почему вы видите 5 в локальном i на каждой итерации, кроме первой. На первой итерации это значение мусора оказалось 0.

Я думаю, что происходит следующее:

Breakpoint 1, main () at abc.c:4
4       int j = 0;
(gdb) s
5       int i = 0;
(gdb)
6       for(j=0;j<5;j++){
(gdb) p &i
$23 = (int *) 0x7fff5fbffc04           //(1) (addr = 0x7fff5fbffc04) i = 0
(gdb) p i
$24 = 0                                              // (2) i == 0
(gdb) s
7           printf("Iteration %d :  %d ",j+1,i);
(gdb) p &i
$25 = (int *) 0x7fff5fbffc00            //(3) here compiler finds there is contention in variable 'i' and assigns the inner one which is in present scope. Now, when subroutines are called, the stack frame is populated with (arguments, return address and local variables) and this is when the inner 'i' was also got allocated in this inner loop block but not initialized yet and this is the reason i get garbage value in the first integration output.

(gdb) p i
$26 = 1606417440                          // (4)  Here i == 1606417440 (Garbage)
(gdb) s
9           printf("%d",i);
(gdb) s
10          i = 5;
(gdb) p &i
$27 = (int *) 0x7fff5fbffc00
(gdb) p i
$28 = 1606417440
(gdb) s
11          printf("\n");
(gdb) p &i
$29 = (int *) 0x7fff5fbffc00
(gdb) p i                                                //(5) after executing previous statement, now i == 5
$30 = 5
(gdb) 

Компиляторы C имеют некоторую свободу в том, как они реализуют вещи, и нет ничего необычного в том, что локальный "i" фактически не воссоздается на каждом проходе цикла. Вероятно, на самом деле он создается только один раз и повторно используется на каждом проходе. В этом случае ваша первая печать выходит за рамки локальной переменной, поэтому i используется вне цикла. Вторая печать использует локальный i, как он находится в области видимости, и после того, как первая итерация была установлена ​​на 5. На первой итерации правильное значение undefined, а не 0, но поведение undefined зависит от реализации в вашей реализации. он автоматически инициализируется значением 0.

Если вы объявляете локальную переменную и не присваиваете ей значение перед ее использованием, вы получаете неопределенное поведение.

Стандарт C говорят,

Переменные с автоматической продолжительностью хранения инициализируются каждый раз, когда выполняется их оператор-объявление. Переменные с автоматической продолжительностью хранения, заявленные в блоке, уничтожаются при выходе из блока.