为什么全局变量一定要初始化？

Posted 2022-09-24 gyforever1004

一、初始化规则部分

在说明为什么要初始化之前，先提及下 C 语言的初始化规则，以备后用。
可能大家在对数组进行初始化时用的是这样的方法：

char buf[10] = 0;

那么 char buf[10] = 1;是不是将每个数组中的每个元素都初始化为 1 了呢？

其实不然，根据编译器的特性，在指定初始化元素时，如果元素的个数少于数组元素的总个数，那么其它的元素将会初始化为 0。

我们可以用一段代码来验证这个特性：

1 #include <stdio.h>
2 
3 int main()
4 
5 　　char buf[10] = 1;
6 
7 　　return 0;
8 

其反汇编代码如下：

 1 <main>:
 2 　　push fp ; (str fp, [sp, #-4]!)
 3 　　add fp, sp, #0
 4 　　sub sp, sp, #20
 5 　　sub r3, fp, #16
 6 　　mov r2, #0
 7 　　str r2, [r3]
 8 　　str r2, [r3, #4]
 9 　　strh r2, [r3, #8]
10 　　mov r3, #1
11 　　strb r3, [fp, #-16]
12 　　mov r3, #0
13 　　mov r0, r3
14 　　add sp, fp, #0
15 　　pop fp ; (ldr fp, [sp], #4)
16 　　bx lr

由其中的部分编译代码 6-11 行可知，程序只是将数组的第一个字节赋值为 1，而其余字节被赋值为 0。

 

二、全局变量初始化部分

下面说一下我们创建的全局变量时为什么要初始化，如果想创建一个初始值为0的变量，那么 “ = 0 ” 的赋值操作可不可以省略呢？

费话不多说，用代码来说明一切。

假如有以下场景，某公司为实现一个项目，A程序员编写了 module_a.c 程序，他的同事B编写了 module_b.c 程序，最终两个人编写的源码如下：

 1 /* module_a.c */
 2 #include <stdio.h>
 3 
 4 void function(void);
 5 
 6 int global = 0;
 7 
 8 int main()
 9 
10     global = 3;
11     function();
12     printf("main: %d \n", global);
13     return 0;
14 

 1 /* module_b.c */
 2 #include <stdio.h>
 3 
 4 int global;
 5 
 6 void function(void)
 7 
 8     global = 6;
 9     printf("function: %d \n", global);
10     return 0;
11 

二人心有灵犀，定义了同样的全局变量 global，但由于 B 一时的疏忽，忘了将 global 进行初始化。

编译正常通过，且运行结果如下：

function: 6
main: 6

我们可以看到，同事 A 编译的模块产生了莫名其妙的运行结果。为什么定义了同名的全局变量，编译器不会报错呢？ 我们继续探索。

首先将源文件分别编译为目标文件，然后使用 readelf 工具查看内容。

arm-linux-gcc -c module_x.c
arm-linux-readelf -a module_x.o

作者只摘取了其中的有关内容，其中 a 模块中的 global 标识如下：

    ...
[4] .bss    NOBITS    00000000 000078 000004 00 WA 0 0 4
    ...
13: 00000000    4 OBJECT GLOBAL DEFAULT    4    global
    ...

b 模块中的 global 标识如下：

    ...
12: 00000004    4 OBJECT GLOBAL DEFAULT COM global
    ...

由此可得知，初始化为 0 的全局变量是合并至 .bss 段，而未初始化的全局变量合并到了 COM(common block) 段。原因是 gcc 编译器的缺省行为和传统 unix c 编译器一致，将未初始化的全局变量放入到 common block 中， common block 相当于弱符号(weak symbol)，所以链接的时候并不会报错，这或许可能是一个很难被找出的 BUG。

 

在网络上找到了以下总结：

　　同名的弱符号和 global 符号链接不会出错，链接器会选择 global 符号。同理，如果有一个 global 符号和多个在 common block 中的重名，那么链接器会选取global符号。换句话说，链接器认为未初始化的全局变量是weak symbol。

当然，避免这种情况发生的办法也是有的，我们可以在编译时加上 -fno-common 属性来关闭 gcc 的这个特性，如果有同名的全局变量，链接时就会产生出错误，便于用户知晓问题所在。