嵌入式C中，全局变量滥用的后果竟如此严重？

2021-4-9 09:24:29 3676 嵌入式开发嵌入式

0 全局变量作为一个嵌入式工程师肯定有前人提示过你不要滥用　　就在之前丰田公司就出过这么一档子事儿某位软件工程师因使用超过10000 个全局变量在法庭上被“喷”是“一坨”代码　　在工程实践中总共采用5个或10个全局变量这都是 OK 的但一次性使用10000个那就很可怕了　　这是不安全的因为一次性查看10000个全局变量以后才能知道哪里出了问题　　那么到底啥是全局变量该怎么使用让我们接下来学习一下　　啥是全局变量　　说起全局变量，就不得不提到“全局变量，局部变量，静态全局变量，静态局部变量”，这些都是编程语言中的基本概念。变量分为局部与全局，局部变量又可称之为内部变量。由某对象或某个函数所创建的变量通常都是局部变量，只能被内部引用，而无法被其它对象或函数引用。　　全局变量既可以是某对象函数创建，也可以是在本程序任何地方创建。全局变量是可以被本程序所有对象或函数引用。　　从作用域看：　　全局变量具有全局作用域。全局变量只需在一个源文件中定义，就可以作用于所有的源文件。当然，其他不包括全局变量定义的源文件需要用extern关键字再次声明这个全局变量。　　静态局部变量具有局部作用域。它只被初始化一次，自从第一次初始化直到程序与你新内阁结束都一直存在，他和全局变量的区别在于全局变量对所有的函数都是可见的，而静态局部变量只对定义自己的函数体始终可见。　　局部变量也只有局部作用域，他是自动对象，他在程序运行期间不是一直存在，而是只在函数执行期间存在，函数的一次调用结束后，变量就被撤销，其所占用的内存也被收回。　　静态全局变量也具有全局作用域，他与全局变量的区别在于如果程序包含多个文件的话，他作用于定义它的文件里，不能作用到其他文件里，即被static关键字修饰过的变量具有文件作用域。这样即使两个不同的源文件都定义了相同的静态全局变量，他们也是不同的变量。　　从分配内存空间看：　　全局变量、静态局部变量、静态全局变量都在静态存储区分配空间，而局部变量在栈分配空间。　　全局变量本身就是静态存储方式，静态全局变量当然也是静态存储方式。这两者在存储方式上没有什么不同。区别在于非静态全局变量的作用域是整个源程序，当一个源程序由多个源文件组成时，非静态的全局变量在各个源文件中都是有效的。而静态全局变量则限制了其作用域，即只在定义该变量的源文件内有效，在同一源程序的其他源文件中不能使用它。由于静态全局变量的作用域局限于一个源文件内，只能为该源文件内的函数公用，因此可以避免在其他源文件中引起错误。　　1、静态变量会被放在程序的静态数据存储区里，这样可以在下一次调用的时候还可以保持原来的赋值。这一点是他与堆栈变量和堆变量的区别　　2、变量用static告知编译器，自己仅仅在变量的作用域范围内可见。这一点是他与全局变量的区别。　　从以上分析可以看出，把局部变量改变为静态变量后是改变了他的存储方式，即改变了他的生存期。把全局变量改变为静态变量后是改变了他的作用域，限制了他的使用范围，因此static这个说明符在不同的地方起的作用是不同的。　　简单来说就是：　　全局变量：在整个工程文件内都有效;“在函数外定义的变量”，即从定义变量的位置到本源文件结束都有效。由于同一文件中的所有函数都能引用全局变量的值，因此如果在一个函数中改变了全局变量的值，就能影响到其他函数中全局变量的值。　　静态全局变量：只在定义它的文件内有效，效果和全局变量一样，不过就在本文件内部; 　　静态局部变量：只在定义它的函数内有效，只是程序仅分配一次内存，函数返回后，该变量不会消失;静态局部变量的生存期虽然为整个工程，但是其作用仍与局部变量相同，即只能在定义该变量的函数内使用该变量。退出该函数后，尽管该变量还继续存在，但不能使用它。　　局部变量：在定义它的函数内有效，但是函数返回后失效。“在函数内定义的变量”，即在一个函数内部定义的变量，只在本函数范围内有效。　　注意：全局变量和静态变量如果没有手工初始化，则由编译器初始化为0。局部变量的值不可知。　　静态局部变量与全局变量最明显的区别就在于：全局变量在其定义后所有函数都能用，但是静态局部变量只能在一个函数里面用。　　新手最容易犯的问题　　嵌入式特别是单片机os-less的程序，最易范的错误是全局变量满天飞。此现象在早期汇编转型过来的程序员以及初学者中常见，这帮家伙几乎把全局变量当作函数形参来用。　　在.h文档里面定义许多杂乱的结构体，extern一堆令人头皮发麻的全局变量，然后再这个模块里边赋值123，那个模块里边判断123分支决定做什么。　　每当看到这种程序，我总要戚眉变脸而后拍桌怒喝。没错，就是怒喝。我不否认全局变量的重要性，但我认为要十分谨慎地使用它，滥用全局变量会引申带来其它更为严重的结构性系统问题。　　1. 滥用全局变量会造成不必要的常量频繁使用，特别当这个常量没有用宏定义“正名”时，代码阅读起来将万分吃力。　　2. 会导致软件分层的不合理，全局变量相当于一条快捷通道，它容易使程序员模糊了“设备层”和“应用层”之间的边界。写出来的底层程序容易自作多情地关注起上层的应用。这在软件系统的构建初期的确效率很高，功能调试进度一日千里，但到了后期往往bug一堆，处处“补丁”，雷区遍布。说是度日如年举步维艰也不为过。　　3. 由于软件的分层不合理，到了后期维护，哪怕仅是增加修改删除小功能，往往要从上到下掘地三尺地修改，涉及大多数模块，而原有的代码注释却忘了更新修改，这个时候，交给后来维护者的系统会越来越像一个“泥潭”，注释的唯一作用只是使泥潭上方再加一些迷烟瘴气。　　4. 全局变量大量使用，少不了有些变量流连忘返于中断与主回圈程序之间。这个时候如果处理不当，系统的bug就是随机出现的，无规律的，这时候初步显示出病入膏肓的特征来了，没有大牛来力挽狂澜，注定慢性死亡。　　无需多言，您已经成功得到一个畸形的系统，它处于一个神秘的稳定状态!你看着这台机器，机器也看着你，相对无言，心中发毛。你不确定它什么时候会崩溃，也不晓得下一次投诉什么时候道理。　　然后，我告诉大家现实层面的后果是什么。　　1.“老人”气昂昂，因为系统离不开他，所有“雷区”只有他了然于心。当出现紧急的bug时，只有他能够搞定。你不但不能辞退他，还要给他加薪。　　2. 新人见光死，但凡招聘来维护这个系统的，除了改出更多的bug外，基本上一个月内就走人，到了外面还宣扬这个公司的软件质量有够差够烂。　　3.随着产品的后续升级，几个月没有接触这个系统的原创者会发现，很多雷区他本人也忘记了，于是每次的产品升级维护周期越来越长，因为修改一个功能会冒出很多bug，而按下一个bug，会弹出其他更多的bug。在这期间，又会产生更多的全局变量。终于有一天他告诉老板，不行啦不行啦，资源不够了，ram或者flash空间太小了，升级升级。　　4. 客户投诉不断，售后也快崩溃了，业务员也不敢推荐此产品了，市场份额越来越小，公司形象越来越糟糕。　　　　那么有什么对策? 　　1. 能不用全局变量尽量不用，我想除了系统状态和控制参数、通信处理和一些需要效率的模块，其他的基本可以靠合理的软件分层和编程技巧来解决。　　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到该文件中，顺便把结构体定义也收进来; 　　2)如果只有一个函数用，那就static到函数里面去; 　　3)如果非要开放出去让人读取，那就用函数return出去，这样就是只读属性了; 　　4)如果非要遭人蹂躏赋值，好吧，我开放函数接口让你传参赋值; 　　5)实在非要extern我，我还可以严格控制包含我.h档的对象，而不是放到公共的includes.h中被人围观，丢人现眼。　　如此，你可明白我对全局变量的感悟有多深刻。悲催的我，已经把当年那些“老人”交给我维护的那些案子加班全部重新翻写了。你能明白吗，不要让人背后唾弃你哦。　　　大量使用局部变量也会容易造成栈溢出　　1.全局变量是不可避免要用到的，每一个设备底层几乎都需要它来记录当前状态，控制时序，起承转合。但是尽量不要用来传递参数，这个很忌讳的。　　2.尽量把变量的作用范围控制在使用它的模块里面，如果其他模块要访问，就开个读或写函数接口出来，严格控制访问范围。这一点，C++的private属性就是这么干的。这对将来程序的调试也很有好处。C语言之所以有++版本，很大原因就是为了控制它的灵活性，要说面向对象的思想，C语言早已有之，亦可实现。　　3.当一个模块里面的全局变量超过3个(含)时，就用结构体包起来吧。要归0便一起归0，省得丢三落四的。　　4.在函数里面开个静态的全局变量，全局数组，是不占用栈空间的。只是有些编译器对于大块的全局数组，会放到和一般变量不同的地址区。若是在keil C51，因为是静态编译，栈爆掉了会报警，所以大可以尽情驰骋，注意交通规则就是了。　　5.单片机的os-less系统中，只有栈没有堆的用法，那些默认对堆分配空间的“startup.s”，可以大胆的把堆空间干掉。　　6.程序模型?如何分析抽象出来呢，从哪个角度进行模型构建呢?很愿意聆听网友的意见。本人一直以来都是从两个角度分析系统，事件--状态机迁移图和数据流图，前者分析控制流向，完善UI，后者可知晓系统数据的缘起缘灭。这些理论，院校的《软件工程》教材都有，大家不妨借鉴下。只不过那些理论，终究是起源于大型系统软件管理的，牛刀杀鸡，还是要裁剪一下的。学习资料分享交流群：入群有全套学习视频资料电子书免费赠送！ 0 嵌入式c语言.pdf 54.4 KB , 下载次数: 7
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