前言
什么是初始化?为什么要初始化?静态变量和局部变量的初始化又有什么区别?实际应用中应该怎么做?本文将一一回答这些问题。
什么是初始化
初始化指的是对数据对象或者变量赋予初始值。例如:
int value = 8; //声明整型变量并初始化为8int arr[] = {1,2,3}; //声明整型数组arr,并初始化其值为1,2,3
为什么要初始化
我们来看一个示例程序。
test0.c程序清单如下:
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(void){int sum;int randNum;while(10 > sum){randNum = rand() % 10;sum += randNum;printf("rand num is %d,sum is %d\n",randNum,sum);}printf("the final sum is %d\n",sum);return 0;}
程序随机产生0到9的数字,使得sum的值大于或等于10时,退出程序。
编译并运行:
gcc -o test0 test0.c./test0
运行结果如下(每次运行结果可能不同):
rand num is 3,sum is -4040865rand num is 6,sum is -4040859rand num is 7,sum is -4040852rand num is 5,sum is -4040847rand num is 3,sum is -4040844rand num is 5,sum is -4040839(省略其他内容)
从运行结果来看,程序并没有达到我们的预期,这是为什么呢?
很多读者可能已经知道,问题在于声明sum之后,没有为其赋初始值,在这样的情况下,sum的值是随机的,因此在一开始sum可能是一个很小的负数,导致多次循环出现。很显然,初始化避免使用了变量的“脏值”。而将sum的声明改成如下定义即可:
int sum = 0;
如果将sum声明为静态变量,情况又会如何呢?
//test1.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(void){static int sum;int randNum;while(10 > sum){randNum = rand() % 10;sum += randNum;printf("rand num is %d,sum is %d\n",randNum,sum);}printf("the final sum is %d\n",sum);return 0;}
编译并运行:
rand num is 3,sum is 3rand num is 6,sum is 9rand num is 7,sum is 16the final sum is 16
在这种情况下,程序是能够符合我们预期的结果,这又是为什么呢?原因在于静态变量会被默认初始化。例如,int类型会被初始化为0。那么问题来了:
在解答上面这两个问题之前,我们需要简单了解一下程序的存储空间布局。
程序的存储空间布局
C程序主要由以下几部分组成:
其中,正文段和数据段的内容是“静态”的,因为在程序被编译出来之后,在整个程序地址就确定了,而堆栈中的内容是”动态”变化的,它随着进行的运行而不断变化着,再加上栈随机化的策略,使得程序每次运行时,栈的地址也是不确定的。
局部变量和静态变量的初始化有何不同
有了前面的铺垫,就很好理解两者的差别了。
未初始化的局部变量位于栈中,它的位置是不确定的,因此其值也是不确定的。当然,在windows下它的值是0xcccccccc,而“烫”字在MBCS字符集中的值为0xcccccccc,你说巧不巧?
而静态变量就不一样的,它的地址是确定的,并且存放在了数据段,而程序在运行之前,未初始化数据段的内容可以很方便地统一被初始化为0。这也就解释了前面的两个示例程序的结果为什么会不一样。我们加上一些打印,来看一看是否真的如此?
//test2.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(void){static int sum;int randNum;while(10 > sum){randNum = rand() % 10;sum += randNum;printf("rand num is %d,sum is %d\n",randNum,sum);}printf("the final sum is %d\n",sum);printf("sum addr %p,randNum addr %p\n",&sum,&randNum);return 0;}
编译并运行:
gcc -o test2 test2.c
运行结果1:
rand num is 3,sum is 3rand num is 6,sum is 9rand num is 7,sum is 16the final sum is 16sum addr 0x60104c,randNum addr 0x7ffd0ea8cf54
运行结果2:
rand num is 3,sum is 3rand num is 6,sum is 9rand num is 7,sum is 16the final sum is 16sum addr 0x60104c,randNum addr 0x7ffff5e3ddb4
在这里,sum是静态局部变量,而randNun是局部变量(自动变量),因此可以发现,sum的地址值总是不变的,而randNum的值却不断变化着。我们也可以通过nm命令查看sum的地址:
nm test2 |grep sum000000000060104c b sum.2805
总结
我们来总结一下本文的主要内容:
送几句熟悉的话给大家:
手持两把锟斤拷,口中疾呼烫烫烫。脚踏千朵屯屯屯,笑看万物锘锘锘。
思考
test1.c的代码运行结果每次都一样吗?为什么?该如何修改才能使得每次的运行结果不一样?
栈随机化的作用是什么?
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本文由梁桂钊于2021-08-21发表在梁桂钊的博客,如有疑问,请联系我们。
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