C语言必踩神坑，世上本没有坑，摔的人多了，也就有了坑！

程序员文章站 2022-06-24 15:42:38

...

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：

[aaa@qq.com 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 <aaa@qq.com>

  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 <aaa@qq.com>

  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。

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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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