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c语言初始化变量详解

菜鸟
2021-03-29 09:31:46     打赏

C语言中,未初始化的局部变量到底是多少?

答案往往是:

  • 与编译器有关。

  • 可能但不保证初始化为0。

  • 未确定。

总之,全部都是些一本正经的形而上答案,这很令人讨厌。

但凡一些人给你滔滔不绝地扯编译器,C库,处理器体系结构却给不出一个实际场景复现问题的时候,这人大概率在扯淡。

又是周五回家时,大巴车上作短文一篇。

其实,这个问题本身就是错误的问法,说全了能讲10万字,我们只要能在特定场景下确定其特定行为就OK了,当然,这就需要设计一个比较OK的实验。

在演示一个实际代码行为之前,先给出一个知识, CPU不认识变量,更无法识别变量的名字,CPU只会从特定的内存位置取值或者将值存到特定的内存位置,因此当问一个变量的值是多少的时候,必须要知道这个变量对应的值被保存在什么地方。

来看下面的代码:

#include <stdio.h>void func1(){
	int a;
	printf("func1:%d\n", a);
	a = 12345;}void func2(){
	int b;
	printf("func2:%d\n", b);}void func4(){
	int d;
	printf("func3:%d\n", d);}void func3(){
	int c;
	printf("func3:%d\n", c);
	c = 54321;
	func4();}void test_call(){
	func3();}int main(int argc, char **argv){
	func1();
	func2();

	test_call();}

我们有func1~func4一共4个函数,其内部均有一个未初始化的局部变量,它们的值到底是多少呢?

对于这种局部变量,它们的值取决于:

  • 变量在栈中的位置。

  • 变量对应的栈位置在 之前 有没有被store过。

可以看到,上述第一点标记了一个内存位置,第二点则是代码的行为,也就是说,只要有代码去store对应的位置, 且后续的代码没有reset该位置的值的话,该位置就会保留着原先被store后的值。

验证非常简单,试一下就知道了:

[root@localhost test]# ./a.outfunc1:0func2:12345func3:0func3:0

按照函数调用栈帧的变化,func1的局部变量a和func2的局部变量b显然是位于同一个位置的,在func1被调用时,这是一块新的内存(可能在进入main之前有栈帧到达过这个位置),a的值取决于调入内存该位置的页面对应偏移的初始值,这取决于操作系统:

  • 操作系统在分配给程序页面时可能会将页面clear为零页。

栈的分配不会涉及C库,这里显然并不涉及C库的行为,但类似malloc分配的内存则涉及C库了。

打印结果,a的值为0,我们认为操作系统返回给了应用程序零页。接下来在func1中将其赋值12345之后函数返回,接下来调用func2的时候,在之前func1已经退出的栈帧位置重建栈帧,对应位置依然还是12345。

我没有看到func1的ret操作后面有stack清0的代码指令。效率考虑,也不该有这样的指令。

再看test_call函数,很明显,func3和func4调用使用的并不是同一个栈帧,因此即便是在func3中对c赋值了54321,也不会影响在其栈帧之上的func4的栈帧对应位置的值d。因此c和d的初始值均保持为0。

那么,初始化一个局部变量和不初始化一个局部变量,在指令层面上,区别在哪里呢?

很简单,亲眼看一下就知道,先看未初始化局部变量的func1:

// int a;00000000004005ad <func1>:
  4005ad:   55                      push   %rbp
  4005ae:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  4005b1:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp
  4005b5:   8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
  4005b8:   89 c6                   mov    %eax,%esi
  4005ba:   bf 90 07 40 00          mov    $0x400790,%edi
  4005bf:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  4005c4:   e8 b7 fe ff ff          callq  400480 <printf@plt>
  4005c9:   c7 45 fc 39 30 00 00    movl   $0x3039,-0x4(%rbp)
  4005d0:   c9                      leaveq
  4005d1:   c3                      retq

再看初始化局部变量a为2222的版本:

// int a = 2222;00000000004005ad <func1>:
  4005ad:   55                      push   %rbp
  4005ae:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  4005b1:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp
  4005b5:   c7 45 fc 00 00 00 00    movl   $0x0,-0x4(%rbp)
  4005bc:   8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
  4005bf:   89 c6                   mov    %eax,%esi
  4005c1:   bf 90 07 40 00          mov    $0x400790,%edi
  4005c6:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  4005cb:   e8 b0 fe ff ff          callq  400480 <printf@plt>
  4005d0:   c7 45 fc 39 30 00 00    movl   $0x3039,-0x4(%rbp)
  4005d7:   c9                      leaveq
  4005d8:   c3                      retq

仅仅差了一条指令:

  4005b5:   c7 45 fc 00 00 00 00    movl   $0x0,-0x4(%rbp)

初始化的操作是依靠实实在在的指令完成的。

总结一句, 函数返回在pop出当前栈帧的时候,并不会清理它遗留在栈帧里的数据,下个函数调用再次重用到该栈帧的内存时,未初始化的局部变量将会被遗留数据影响,从而变得不确定!

所以,记得初始化你的局部变量。如果你不这样做,上帝终究会将你经理了的。

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关键词: c语言基础及高阶讲解     c语言初始化变量    

高工
2021-03-31 08:23:56     打赏
2楼



工程师
2021-05-08 22:56:51     打赏
3楼

解释的非常棒


高工
2021-09-29 07:18:51     打赏
4楼

解释的非常棒


专家
2021-09-29 08:07:57     打赏
5楼

不错,学习了,谢谢分享


专家
2021-09-29 08:19:03     打赏
6楼

学习下


高工
2021-10-02 22:19:22     打赏
7楼

学习下


院士
2021-10-02 22:53:34     打赏
8楼
学习

院士
2021-10-02 22:53:40     打赏
9楼
谢谢

院士
2021-10-02 22:53:47     打赏
10楼
看看

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