為什么全局變量一定要初始化？

一、初始化規則部分

在說明為什么要初始化之前，先提及下 C 語言的初始化規則，以備后用。
可能大家在對數組進行初始化時用的是這樣的方法：

char buf[10] = {0};

那么 char buf[10] = {1};是不是將每個數組中的每個元素都初始化為 1 了呢？

其實不然，根據編譯器的特性，在指定初始化元素時，如果元素的個數少於數組元素的總個數，那么其它的元素將會初始化為 0。

我們可以用一段代碼來驗證這個特性：

#include <stdio.h>

int main()
{
　　char buf[10] = {1};

　　return 0;
}

其反匯編代碼如下：

<main>:
　　push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
　　add fp, sp, #0
　　sub sp, sp, #20
　　sub r3, fp, #16
　　mov r2, #0
　　str r2, [r3]
　　str r2, [r3, #4]
　　strh r2, [r3, #8]
　　mov r3, #1
　　strb r3, [fp, #-16]
　　mov r3, #0
　　mov r0, r3
　　add sp, fp, #0
　　pop {fp} ; (ldr fp, [sp], #4)
　　bx lr

由其中的部分編譯代碼 6-11 行可知，程序只是將數組的第一個字節賦值為 1，而其余字節被賦值為 0。到此可以得出結論，並非是所有的元素都被初始化為 1。

 

二、全局變量初始化部分

下面說一下我們創建的全局變量時為什么要初始化，如果想創建一個初始值為 0 的變量，那么 “ = 0 ” 的賦值操作可不可以省略呢？

費話不多說，用代碼來說明一切。

假如有以下場景，某公司為實現一個項目，A程序員編寫了 module_a.c 程序，他的同事B編寫了 module_b.c 程序，最終兩個人編寫的源碼如下：

/* module_a.c */
#include <stdio.h>

void function(void);

int global = 0;

int main()
{
    global = 3;
    function();
    printf("main: %d \n", global);
    return 0;
}

/* module_b.c */
#include <stdio.h>

int global;

void function(void)
{
    global = 6;
    printf("function: %d \n", global);
    return 0;
}

二人心有靈犀，定義了同樣的全局變量 global，但由於 B 一時的疏忽，忘了將 global 進行初始化。

編譯竟可以正常通過，且運行結果如下：

function: 6 main: 6

我們可以看到，同事 A 編譯的模塊產生了莫名其妙的運行結果。為什么定義了同名的全局變量，編譯器不會報錯呢？ 我們繼續探索。

首先將源文件分別編譯為目標文件，然后使用 readelf 工具查看內容。

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

作者只摘取了其中的有關內容，其中 a 模塊中的 global 標識如下：

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

b 模塊中的 global 標識如下：

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

由此可得知，初始化為 0 的全局變量是合並至 .bss 段，而未初始化的全局變量合並到了 COM(common block) 段。原因是 gcc 編譯器的缺省行為和傳統 unix c 編譯器一致，將未初始化的全局變量放入到 common block 中， common block 相當於弱符號(weak symbol)，所以鏈接的時候並不會報錯，這或許可能是一個很難被找出的 BUG。

 

在網絡上找到了以下總結：

　　同名的弱符號和 global 符號鏈接不會出錯，鏈接器會選擇 global 符號。同理，如果有一個 global 符號和多個在 common block 中的重名，那么鏈接器會選取global符號。換句話說，鏈接器認為未初始化的全局變量是weak symbol。

當然，避免這種情況發生的辦法也是有的，我們可以在編譯時加上 -fno-common 屬性來關閉 gcc 的這個特性，如果有同名的全局變量，鏈接時就會產生出錯誤，便於用戶知曉問題的所在。