C語言中未初始化的局部變量到底是多少

C語言中，未初始化的局部變量到底是多少？

答案往往是：

與編譯器有關。

可能但不保證初始化為0。

未確定。

總之，全部都是些一本正經的形而上答案，這很令人討厭。

但凡一些人給你滔滔不絕地扯編譯器，C庫，處理器體系結構卻給不出一個實際場景復現問題的時候，這人大概率在扯淡。

其實，這個問題本身就是錯誤的問法，說全了能講10萬字，我們只要能在特定場景下確定其特定行為就OK了，當然，這就需要設計一個比較OK的實驗。

在演示一個實際代碼行為之前，先給出一個知識，CPU不認識變量，更無法識別變量的名字，CPU只會從特定的內存位置取值或者將值存到特定的內存位置，因此當問一個變量的值是多少的時候，必須要知道這個變量對應的值被保存在什么地方。

來看下面的代碼：

?

#include 


void func1()
{
  int a;
  printf("func1:%d
", a);
  a = 12345;
}


void func2()
{
  int b;
  printf("func2:%d
", b);
}


void func4()
{
  int d;
  printf("func3:%d
", d);
}


void func3()
{
  int c;
  printf("func3:%d
", c);
  c = 54321;
  func4();
}


void test_call()
{
  func3();
}


int main(int argc, char **argv)
{
  func1();
  func2();


  test_call();
}

?

我們有func1～func4一共4個函數，其內部均有一個未初始化的局部變量，它們的值到底是多少呢？

對于這種局部變量，它們的值取決于：

變量在棧中的位置。

變量對應的棧位置在?之前?有沒有被store過。

可以看到，上述第一點標記了一個內存位置，第二點則是代碼的行為，也就是說，只要有代碼去store對應的位置， 且后續的代碼沒有reset該位置的值的話，該位置就會保留著原先被store后的值。

驗證非常簡單，試一下就知道了：

?

[root@localhost test]# ./a.out
func1:0
func2:12345
func3:0
func3:0

按照函數調用棧幀的變化，func1的局部變量a和func2的局部變量b顯然是位于同一個位置的，在func1被調用時，這是一塊新的內存(可能在進入main之前有棧幀到達過這個位置)，a的值取決于調入內存該位置的頁面對應偏移的初始值，這取決于操作系統：

?

操作系統在分配給程序頁面時可能會將頁面clear為零頁。

棧的分配不會涉及C庫，這里顯然并不涉及C庫的行為，但類似malloc分配的內存則涉及C庫了。

打印結果，a的值為0，我們認為操作系統返回給了應用程序零頁。接下來在func1中將其賦值12345之后函數返回，接下來調用func2的時候，在之前func1已經退出的棧幀位置重建棧幀，對應位置依然還是12345。

我沒有看到func1的ret操作后面有stack清0的代碼指令。效率考慮，也不該有這樣的指令。

再看test_call函數，很明顯，func3和func4調用使用的并不是同一個棧幀，因此即便是在func3中對c賦值了54321，也不會影響在其棧幀之上的func4的棧幀對應位置的值d。因此c和d的初始值均保持為0。

那么，初始化一個局部變量和不初始化一個局部變量，在指令層面上，區別在哪里呢？

很簡單，親眼看一下就知道，先看未初始化局部變量的func1：

?

// int a;
00000000004005ad :
  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 
  4005c9:   c7 45 fc 39 30 00 00    movl   $0x3039,-0x4(%rbp)
  4005d0:   c9                      leaveq
  4005d1:   c3                      retq

再看初始化局部變量a為2222的版本：

// int a = 2222;
00000000004005ad :
  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 
  4005d0:   c7 45 fc 39 30 00 00    movl   $0x3039,-0x4(%rbp)
  4005d7:   c9                      leaveq
  4005d8:   c3                      retq

僅僅差了一條指令：

4005b5:   c7 45 fc 00 00 00 00    movl   $0x0,-0x4(%rbp)

?

初始化的操作是依靠實實在在的指令完成的。

總結一句，?函數返回在pop出當前棧幀的時候，并不會清理它遺留在棧幀里的數據，下個函數調用再次重用到該棧幀的內存時，未初始化的局部變量將會被遺留數據影響，從而變得不確定！

所以，記得初始化你的局部變量。

　　審核編輯：湯梓紅