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

01

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。

通过一个代码来解释就是：

#include <stdio.h>

int num1 = 222; //静态存储期

static int num2 = 111; //静态存储期

int add(int a,int b)

{

static int tempSum = 0; //静态存储期

tempSum = tempSum + a + b;

return tempSum;

}

int main(void)

{

printf("num1=%d,num2=%d\n",num1,num2);

int sum = 0; //自动存储期

sum = add(num1,num2);

printf("first time sum=%d\n",sum);//sum = 333

sum = add(num1,num2);

printf("second time sum=%d\n",sum); //sum = 666

return 0;

}

02

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。

03

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。

04

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。

05

【最后再来皮一下，不要尝试】全局变量的最佳前缀