C程序设计语言--全局变量的认识

最新推荐文章于 2025-06-15 12:14:23 发布

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#C程序设计语言 #c语言 #全局变量

本文探讨了C语言全局变量的重要性和潜在风险，包括作用域、生存期和空间分配。通过三个示例展示了全局变量在编译、链接及程序运行时的行为，揭示了多重定义全局变量可能导致的不确定行为。特别是动态链接库中的全局变量，即使定义为强符号，也可能在不知情的情况下被修改，引发程序错误。最后强调了谨慎使用全局变量以及理解编译器和链接器工作原理的重要性。

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我们知道，全局变量是C语言语法和语义中一个很重要的知识点，首先它的存在意义需要从三个不同角度去理解：对于程序员来说，它是一个记录内容的变量(variable)；对于编译/链接器来说，它是一个需要解析的符号(symbol)；对于计算机来说，它可能是具有地址的一块内存(memory)。其次是语法/语义：从作用域上看，带static关键字的全局变量范围只能限定在文件里，否则会外联到整个模块和项目中；从生存期来看，它是静态的，贯穿整个程序或模块运行期间（注意，正是跨单元访问和持续生存周期这两个特点使得全局变量往往成为一段受攻击代码的突破口，了解这一点十分重要）；从空间分配上看，定义且初始化的全局变量在编译时在数据段(.data)分配空间，定义但未初始化的全局变量暂存(tentative definition)在.bss段，编译时自动清零，而仅仅是声明的全局变量只能算个符号，寄存在编译器的符号表内，不会分配空间，直到链接或者运行时再重定向到相应的地址上。

我们将向您展现一下，非static限定全局变量在编译/链接以及程序运行时会发生哪些有趣的事情，顺便可以对C编译器/链接器的解析原理管中窥豹。以下示例对ANSI C和GNU C标准都有效，笔者的编译环境是Ubuntu下的GCC-4.4.3。

第一个例子

/* t.h */
#ifndef _H_
#define _H_
int a;
#endif
 
/* foo.c */
#include <stdio.h>
#include "t.h"
 
struct {
   char a;
   int b;
} b = { 2, 4 };
 
int main();
 
void foo()
{
    printf("foo:\t(&a)=0x%08x\n\t(&b)=0x%08x\n
        \tsizeof(b)=%d\n\tb.a=%d\n\tb.b=%d\n\tmain:0x%08x\n",
        &a, &b, sizeof b, b.a, b.b, main);
}
 
/* main.c */
#include <stdio.h>
#include "t.h"
 
int b;
int c;
 
int main()
{
    foo();
    printf("main:\t(&a)=0x%08x\n\t(&b)=0x%08x\n
        \t(&c)=0x%08x\n\tsize(b)=%d\n\tb=%d\n\tc=%d\n",
        &a, &b, &c, sizeof b, b, c);
    return 0;
}

Makefile如下：

test: main.o foo.o
    gcc -o test main.o foo.o
 
main.o: main.c
foo.o: foo.c
 
clean:
    rm *.o test

运行情况：

foo:    (&a)=0x0804a024
    (&b)=0x0804a014
    sizeof(b)=8
    b.a=2
    b.b=4
    main:0x080483e4
main:   (&a)=0x0804a024
    (&b)=0x0804a014
    (&c)=0x0804a028
    size(b)=4
    b=2
    c=0

这个项目里我们定义了四个全局变量，t.h头文件定义了一个整型a，main.c里定义了两个整型b和c并且未初始化，foo.c里定义了一个初始化了的结构体，还定义了一个main的函数