C语言未初始化的局部变量是多少？

系统管理员 2023-02-27 10:52 37阅读 0赞

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.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 <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。

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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。

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