在c语言中，请一定记得初始化局部变量

赵赵20201 发表于 2020-9-22 11:11

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： 
@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 <<a href="mailto:printf@plt">printf@plt</a>> 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 <<a href="mailto:printf@plt">printf@plt</a>> 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。

sint27 发表于 2020-9-22 11:44

不仅局部变量，某些单片机连全局变量都有可能是未确定值

huo_hu 发表于 2020-9-24 08:48

局部变量在栈分配是不对的,一般情况是使用寄存器来操作.

你这个程序刻意的打印未赋值的变量所以才有上面结论,这种情况应该属于程序bug,编译时会有warning提示

chunklee 发表于 2020-10-6 03:41

huo_hu 发表于 2020-9-24 08:48
局部变量在栈分配是不对的,一般情况是使用寄存器来操作.

你这个程序刻意的打印未赋值的变量所以才有上面 ...

对于下面这样的局部变量是不可能分配给寄存器的。

void foo(void)

{

    int a;

    ...

}

 

不同的平台和编译器对函数的参数和局部变量的处理是不一样的，在x86平台上局部变量一般是在栈上分配，进入函数不会自动初始化局部变量，退出函数也不会清理变量的值。所以一些涉及加密解密的软件其代码都是“显式”的初始化和清理内存的，以避免在内存中遗留关键信息。

w494143467 发表于 2020-10-12 20:11

这是编程久了自然而然的一个操作，只要变量都会给初值，数组也一样，这样可以百分百确认变量的值，不至于后面出现各种问题。

Gen_X 发表于 2021-5-29 16:01

所有用到变量，在使用前都必须有赋值，无论是全局还是局部变量

需要成习惯。

页: [1]

电子工程世界-论坛's Archiver

在c语言中，请一定记得初始化局部变量