c语言初始化变量详解

只看该作者 · 2021-5-18 09:55

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。