C语言必踩神坑,世上本没有坑,摔的人多了,也就有了坑!
这是一个伤心的故事,有多少小伙伴在写C语言代码时遇到过的情景!
提问: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。
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.out
func1:0
func2:12345
func3:0
func3:0
————————————
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。
————————————
看到这里你是不是对编程语言又有了一点新的认知呢~
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