详解C语言未初始化的局部变量是多少
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:
#includevoidfunc1() { inta; printf("func1:%d\n",a); a=12345; } voidfunc2() { intb; printf("func2:%d\n",b); } voidfunc4() { intd; printf("func3:%d\n",d); } voidfunc3() { intc; printf("func3:%d\n",c); c=54321; func4(); } voidtest_call() { func3(); } intmain(intargc,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@localhosttest]#./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:
//inta; 00000000004005ad: 4005ad:55push%rbp 4005ae:4889e5mov%rsp,%rbp 4005b1:4883ec10sub$0x10,%rsp 4005b5:8b45fcmov-0x4(%rbp),%eax 4005b8:89c6mov%eax,%esi 4005ba:bf90074000mov$0x400790,%edi 4005bf:b800000000mov$0x0,%eax 4005c4:e8b7feffffcallq400480 4005c9:c745fc39300000movl$0x3039,-0x4(%rbp) 4005d0:c9leaveq 4005d1:c3retq
再看初始化局部变量a为2222的版本:
//inta=2222; 00000000004005ad: 4005ad:55push%rbp 4005ae:4889e5mov%rsp,%rbp 4005b1:4883ec10sub$0x10,%rsp 4005b5:c745fc00000000movl$0x0,-0x4(%rbp) 4005bc:8b45fcmov-0x4(%rbp),%eax 4005bf:89c6mov%eax,%esi 4005c1:bf90074000mov$0x400790,%edi 4005c6:b800000000mov$0x0,%eax 4005cb:e8b0feffffcallq400480 4005d0:c745fc39300000movl$0x3039,-0x4(%rbp) 4005d7:c9leaveq 4005d8:c3retq
仅仅差了一条指令:
4005b5:c745fc00000000movl$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。
总结
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