在C語言中，全局變量濫用的后果是什么

01

啥是全局變量

說起全局變量，就不得不提到“全局變量，局部變量，靜態(tài)全局變量，靜態(tài)局部變量”，這些都是編程語言中的基本概念。變量分為局部與全局，局部變量又可稱之為內(nèi)部變量。由某對象或某個(gè)函數(shù)所創(chuàng)建的變量通常都是局部變量，只能被內(nèi)部引用，而無法被其它對象或函數(shù)引用。

全局變量既可以是某對象函數(shù)創(chuàng)建，也可以是在本程序任何地方創(chuàng)建。全局變量是可以被本程序所有對象或函數(shù)引用。

從作用域看：

全局變量具有全局作用域。全局變量只需在一個(gè)源文件中定義，就可以作用于所有的源文件。當(dāng)然，其他不包括全局變量定義的源文件需要用extern關(guān)鍵字再次聲明這個(gè)全局變量。

靜態(tài)局部變量具有局部作用域。它只被初始化一次，自從第一次初始化直到程序與你新內(nèi)閣結(jié)束都一直存在，他和全局變量的區(qū)別在于全局變量對所有的函數(shù)都是可見的，而靜態(tài)局部變量只對定義自己的函數(shù)體始終可見。

局部變量也只有局部作用域，他是自動(dòng)對象，他在程序運(yùn)行期間不是一直存在，而是只在函數(shù)執(zhí)行期間存在，函數(shù)的一次調(diào)用結(jié)束后，變量就被撤銷，其所占用的內(nèi)存也被收回。

靜態(tài)全局變量也具有全局作用域，他與全局變量的區(qū)別在于如果程序包含多個(gè)文件的話，他作用于定義它的文件里，不能作用到其他文件里，即被static關(guān)鍵字修飾過的變量具有文件作用域。這樣即使兩個(gè)不同的源文件都定義了相同的靜態(tài)全局變量，他們也是不同的變量。

從分配內(nèi)存空間看：

全局變量、靜態(tài)局部變量、靜態(tài)全局變量都在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分配空間，而局部變量在棧分配空間。

全局變量本身就是靜態(tài)存儲(chǔ)方式，靜態(tài)全局變量當(dāng)然也是靜態(tài)存儲(chǔ)方式。這兩者在存儲(chǔ)方式上沒有什么不同。區(qū)別在于非靜態(tài)全局變量的作用域是整個(gè)源程序，當(dāng)一個(gè)源程序由多個(gè)源文件組成時(shí)，非靜態(tài)的全局變量在各個(gè)源文件中都是有效的。而靜態(tài)全局變量則限制了其作用域，即只在定義該變量的源文件內(nèi)有效，在同一源程序的其他源文件中不能使用它。由于靜態(tài)全局變量的作用域局限于一個(gè)源文件內(nèi)，只能為該源文件內(nèi)的函數(shù)公用，因此可以避免在其他源文件中引起錯(cuò)誤。

1、靜態(tài)變量會(huì)被放在程序的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)里，這樣可以在下一次調(diào)用的時(shí)候還可以保持原來的賦值。這一點(diǎn)是他與堆棧變量和堆變量的區(qū)別

2、變量用static告知編譯器，自己僅僅在變量的作用域范圍內(nèi)可見。這一點(diǎn)是他與全局變量的區(qū)別。

從以上分析可以看出，把局部變量改變?yōu)殪o態(tài)變量后是改變了他的存儲(chǔ)方式，即改變了他的生存期。把全局變量改變?yōu)殪o態(tài)變量后是改變了他的作用域，限制了他的使用范圍，因此static這個(gè)說明符在不同的地方起的作用是不同的。

簡單來說就是：

全局變量：在整個(gè)工程文件內(nèi)都有效；“在函數(shù)外定義的變量”，即從定義變量的位置到本源文件結(jié)束都有效。由于同一文件中的所有函數(shù)都能引用全局變量的值，因此如果在一個(gè)函數(shù)中改變了全局變量的值， 就能影響到其他函數(shù)中全局變量的值。

靜態(tài)全局變量：只在定義它的文件內(nèi)有效，效果和全局變量一樣，不過就在本文件內(nèi)部；

靜態(tài)局部變量：只在定義它的函數(shù)內(nèi)有效，只是程序僅分配一次內(nèi)存，函數(shù)返回后，該變量不會(huì)消失；靜態(tài)局部變量的生存期雖然為整個(gè)工程，但是其作用仍與局部變量相同，即只能在定義該變量的函數(shù)內(nèi)使用該變量。退出該函數(shù)后， 盡管該變量還繼續(xù)存在，但不能使用它。

局部變量：在定義它的函數(shù)內(nèi)有效，但是函數(shù)返回后失效?！霸诤瘮?shù)內(nèi)定義的變量”，即在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部定義的變量，只在本函數(shù)范圍內(nèi)有效。

注意：全局變量和靜態(tài)變量如果沒有手工初始化，則由編譯器初始化為0。局部變量的值不可知。

靜態(tài)局部變量與全局變量最明顯的區(qū)別就在于：全局變量在其定義后所有函數(shù)都能用，但是靜態(tài)局部變量只能在一個(gè)函數(shù)里面用。

02

新手最容易犯的問題

嵌入式特別是單片機(jī)os-less的程序，最易范的錯(cuò)誤是全局變量滿天飛。此現(xiàn)象在早期匯編轉(zhuǎn)型過來的程序員以及初學(xué)者中常見，這幫家伙幾乎把全局變量當(dāng)作函數(shù)形參來用。

在.h文檔里面定義許多雜亂的結(jié)構(gòu)體，extern一堆令人頭皮發(fā)麻的全局變量，然后再這個(gè)模塊里邊賦值123，那個(gè)模塊里邊判斷123分支決定做什么。

每當(dāng)看到這種程序，我總要戚眉變臉而后拍桌怒喝。沒錯(cuò)，就是怒喝。我不否認(rèn)全局變量的重要性，但我認(rèn)為要十分謹(jǐn)慎地使用它，濫用全局變量會(huì)引申帶來其它更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)問題。

1. 濫用全局變量會(huì)造成不必要的常量頻繁使用，特別當(dāng)這個(gè)常量沒有用宏定義“正名”時(shí)，代碼閱讀起來將萬分吃力。

2. 會(huì)導(dǎo)致軟件分層的不合理，全局變量相當(dāng)于一條快捷通道，它容易使程序員模糊了“設(shè)備層”和“應(yīng)用層”之間的邊界。寫出來的底層程序容易自作多情地關(guān)注起上層的應(yīng)用。這在軟件系統(tǒng)的構(gòu)建初期的確效率很高，功能調(diào)試進(jìn)度一日千里，但到了后期往往bug一堆，處處“補(bǔ)丁”，雷區(qū)遍布。說是度日如年舉步維艱也不為過。

3. 由于軟件的分層不合理，到了后期維護(hù)，哪怕僅是增加修改刪除小功能，往往要從上到下掘地三尺地修改，涉及大多數(shù)模塊，而原有的代碼注釋卻忘了更新修改，這個(gè)時(shí)候，交給后來維護(hù)者的系統(tǒng)會(huì)越來越像一個(gè)“泥潭”，注釋的唯一作用只是使泥潭上方再加一些迷煙瘴氣。

4. 全局變量大量使用，少不了有些變量流連忘返于中斷與主回圈程序之間。這個(gè)時(shí)候如果處理不當(dāng)，系統(tǒng)的bug就是隨機(jī)出現(xiàn)的，無規(guī)律的，這時(shí)候初步顯示出病入膏肓的特征來了，沒有大牛來力挽狂瀾，注定慢性死亡。

無需多言，您已經(jīng)成功得到一個(gè)畸形的系統(tǒng)，它處于一個(gè)神秘的穩(wěn)定狀態(tài)！你看著這臺(tái)機(jī)器，機(jī)器也看著你，相對無言，心中發(fā)毛。你不確定它什么時(shí)候會(huì)崩潰，也不曉得下一次投訴什么時(shí)候道理。

然后，我告訴大家現(xiàn)實(shí)層面的后果是什么。

1.“老人”氣昂昂，因?yàn)橄到y(tǒng)離不開他，所有“雷區(qū)”只有他了然于心。當(dāng)出現(xiàn)緊急的bug時(shí)，只有他能夠搞定。你不但不能辭退他，還要給他加薪。

2. 新人見光死，但凡招聘來維護(hù)這個(gè)系統(tǒng)的，除了改出更多的bug外，基本上一個(gè)月內(nèi)就走人，到了外面還宣揚(yáng)這個(gè)公司的軟件質(zhì)量有夠差夠爛。

3.隨著產(chǎn)品的后續(xù)升級(jí)，幾個(gè)月沒有接觸這個(gè)系統(tǒng)的原創(chuàng)者會(huì)發(fā)現(xiàn)，很多雷區(qū)他本人也忘記了，于是每次的產(chǎn)品升級(jí)維護(hù)周期越來越長，因?yàn)樾薷囊粋€(gè)功能會(huì)冒出很多bug，而按下一個(gè)bug，會(huì)彈出其他更多的bug。在這期間，又會(huì)產(chǎn)生更多的全局變量。終于有一天他告訴老板，不行啦不行啦，資源不夠了，ram或者flash空間太小了，升級(jí)升級(jí)。

4. 客戶投訴不斷，售后也快崩潰了，業(yè)務(wù)員也不敢推薦此產(chǎn)品了，市場份額越來越小，公司形象越來越糟糕。

03

那么有什么對策？

1. 能不用全局變量盡量不用，我想除了系統(tǒng)狀態(tài)和控制參數(shù)、通信處理和一些需要效率的模塊，其他的基本可以靠合理的軟件分層和編程技巧來解決。

2. 如果不可避免需要用到，那能藏多深就藏多深。

1)如果只有某.c文件用，就static到該文件中，順便把結(jié)構(gòu)體定義也收進(jìn)來；

2)如果只有一個(gè)函數(shù)用，那就static到函數(shù)里面去；

3)如果非要開放出去讓人讀取，那就用函數(shù)return出去，這樣就是只讀屬性了；

4)如果非要遭人蹂躪賦值，好吧，我開放函數(shù)接口讓你傳參賦值；

5)實(shí)在非要extern我，我還可以嚴(yán)格控制包含我.h檔的對象，而不是放到公共的includes.h中被人圍觀，丟人現(xiàn)眼。

如此，你可明白我對全局變量的感悟有多深刻。悲催的我，已經(jīng)把當(dāng)年那些“老人”交給我維護(hù)的那些案子加班全部重新翻寫了。你能明白嗎，不要讓人背后唾棄你哦。

04

大量使用局部變量也會(huì)容易造成棧溢出

1.全局變量是不可避免要用到的，每一個(gè)設(shè)備底層幾乎都需要它來記錄當(dāng)前狀態(tài)，控制時(shí)序，起承轉(zhuǎn)合。但是盡量不要用來傳遞參數(shù)，這個(gè)很忌諱的。

2.盡量把變量的作用范圍控制在使用它的模塊里面，如果其他模塊要訪問，就開個(gè)讀或?qū)懞瘮?shù)接口出來，嚴(yán)格控制訪問范圍。這一點(diǎn)，C++的private屬性就是這么干的。這對將來程序的調(diào)試也很有好處。C語言之所以有++版本，很大原因就是為了控制它的靈活性，要說面向?qū)ο蟮乃枷?，C語言早已有之，亦可實(shí)現(xiàn)。

3.當(dāng)一個(gè)模塊里面的全局變量超過3個(gè)(含)時(shí)，就用結(jié)構(gòu)體包起來吧。要?dú)w0便一起歸0，省得丟三落四的。

4.在函數(shù)里面開個(gè)靜態(tài)的全局變量，全局?jǐn)?shù)組，是不占用棧空間的。只是有些編譯器對于大塊的全局?jǐn)?shù)組，會(huì)放到和一般變量不同的地址區(qū)。若是在keil C51，因?yàn)槭庆o態(tài)編譯，棧爆掉了會(huì)報(bào)警，所以大可以盡情馳騁，注意交通規(guī)則就是了。

5.單片機(jī)的os-less系統(tǒng)中，只有棧沒有堆的用法，那些默認(rèn)對堆分配空間的“startup.s”，可以大膽的把堆空間干掉。

6.程序模型？如何分析抽象出來呢，從哪個(gè)角度進(jìn)行模型構(gòu)建呢？很愿意聆聽網(wǎng)友的意見。本人一直以來都是從兩個(gè)角度分析系統(tǒng)，事件--狀態(tài)機(jī)遷移圖 和 數(shù)據(jù)流圖，前者分析控制流向，完善UI，后者可知曉系統(tǒng)數(shù)據(jù)的緣起緣滅。這些理論，院校的《軟件工程》教材都有，大家不妨借鑒下。只不過那些理論，終究是起源于大型系統(tǒng)軟件管理的，牛刀殺雞，還是要裁剪一下的。

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