語言中,未初始化的區域變數到底是多少?
答案往往是:
與編譯器有關。
可能但不保證初始化為0。
未確定。
總之,全部都是些一本正經的形而上答案,這很令人討厭。
但凡一些人給你滔滔不絕地扯編譯器,C庫,處理器體系結構卻給不出一個實際場景復現問題的時候,這人大概率在扯淡。
其實,這個問題本身就是錯誤的問法,說全了能講10萬字,我們只要能在特定場景下確定其特定行為就OK了,當然,這就需要設計一個比較OK的實驗。
在演示一個實際代碼行為之前,先給出一個知識,CPU不認識變數,更無法識別變數的名字,CPU只會從特定的記憶體位置取值或者將值存到特定的記憶體位置,因此當問一個變數的值是多少的時候,必須要知道這個變數對應的值被保存在什么地方。
來看下面的代碼:
#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();}
我們有func1~func4一共4個函式,其內部均有一個未初始化的區域變數,它們的值到底是多少呢?
對于這種區域變數,它們的值取決于:
變數在堆疊中的位置。
變數對應的堆疊位置在 之前 有沒有被store過。
可以看到,上述第一點標記了一個記憶體位置,第二點則是代碼的行為,也就是說,只要有代碼去store對應的位置, 且后續的代碼沒有reset該位置的值的話,該位置就會保留著原先被store后的值。
驗證非常簡單,試一下就知道了:
[root@localhost test]# ./a.outfunc1:0func2:12345func3:0func3:0按照函式呼叫堆疊幀的變化,func1的區域變數a和func2的區域變數b顯然是位于同一個位置的,在func1被呼叫時,這是一塊新的記憶體(可能在進入main之前有堆疊幀到達過這個位置),a的值取決于調入記憶體該位置的頁面對應偏移的初始值,這取決于作業系統:
作業系統在分配給程式頁面時可能會將頁面clear為零頁。
堆疊的分配不會涉及C庫,這里顯然并不涉及C庫的行為,但類似malloc分配的記憶體則涉及C庫了。
列印結果,a的值為0,我們認為作業系統回傳給了應用程式零頁。接下來在func1中將其賦值12345之后函式回傳,接下來呼叫func2的時候,在之前func1已經退出的堆疊幀位置重建堆疊幀,對應位置依然還是12345。
我沒有看到func1的ret操作后面有stack清0的代碼指令。效率考慮,也不該有這樣的指令。
再看test_call函式,很明顯,func3和func4呼叫使用的并不是同一個堆疊幀,因此即便是在func3中對c賦值了54321,也不會影響在其堆疊幀之上的func4的堆疊幀對應位置的值d。因此c和d的初始值均保持為0。
那么,初始化一個區域變數和不初始化一個區域變數,在指令層面上,區別在哪里呢?
很簡單,親眼看一下就知道,先看未初始化區域變數的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再看初始化區域變數a為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僅僅差了一條指令:4005b5: c7 45 fc 00 00 00 00 movl $0x0,-0x4(%rbp)
初始化的操作是依靠實實在在的指令完成的。
總結一句, 函式回傳在pop出當前堆疊幀的時候,并不會清理它遺留在堆疊幀里的資料,下個函式呼叫再次重用到該堆疊幀的記憶體時,未初始化的區域變數將會被遺留資料影響,從而變得不確定!
所以,記得初始化你的區域變數。
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標籤:嵌入開發(WinCE)
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