在C語言編程過程中,由于計算需要,會使用各種各樣的變量,用于給需要訪問的地址取個名稱,方便編程中使用,代碼維護者也容易理解。
這里先給大家分享一個案例,讓大家意識到變量賦初始值的重要性。
某用戶在基于瑞薩的MCU:RA6T2做開發時,發現一個問題,MCU發出的CAN數據幀總是莫名其妙的出錯,比如應用中明明只使用了CAN的擴展幀,但是使用捕捉工具總是能捕捉到遠程幀,出現遠程幀的情況毫無規律可言,有時添加一個定時器中斷,該現象就不會出現了,有時修改了代碼里某處跟CAN沒有任何關系的代碼,該問題又會出現,過了兩周時間調試無果。在介入Debug時發現,他使用的是CAN擴展幀,擴展幀使用29位ID標識符,而且對ID區數據定義了一個如下結構體:
他在需要發送CAN幀時,申請一個如上結構體的臨時變量can_id,在把can_id.id賦值后,再把該變量的地址傳遞給CAN的發送函數,在發送函數里使用如下語句把id的數據寫入CAN的發送消息緩沖寄存器:
如下圖,其中第30位的0表示數據幀,并不是遠程幀,31位的1表示擴展幀。
用戶是把can_id的所有數據賦值給了CFDTMID0寄存器,假如can_id.dummy中第二個位是1,會有什么后果呢?CFDTMID0.TMRTR=1,即CAN會發送遠程幀。
用戶又問:我沒有給dummy賦值啊,為什么dummy的第二個位會變成1呢?這就是問題所在了,就是因為他沒有給can_id.dummy賦值,所以can_id.dummy有可能為任意的值。下面詳細分析一下,為什么這個局部變量的值會隨意變化。
大家知道,變量根據存儲類型和用途,一般可以分成:全局變量和局部變量。全局變量,就是指分配了固定地址的變量,全局變量可以在整個代碼范圍內使用。我們在申請全局變量時,有時對它賦一個初始值,也時也不會賦初始值,在代碼上可能看不出有什么區別,但是編譯器在編譯程序時,是區別對待他們的。對于有初始化的變量,編譯器還需要在Code Flash里(代碼存儲區)分配一段空間,把變量的初始值全部存儲在該區域里,并且在MCU的啟動代碼里插入一段程序,把這些Code Flash區的初始值拷貝到變量對應的RAM地址中。假如上面的can_id是全局變量,并且申明變量的同時并按下圖賦初始值:
這時can_id.dummy=0,如果代碼中用戶沒有再賦值,它的值也不會變化,這樣就不會發生用戶的那個遠程幀的問題了。對于沒有賦初始值的全局變量,編譯器只是分配RAM的地址,并不會修改RAM地址里的數據,那么這個變量的值就會依賴于MCU啟動時RAM里的值了。為了避免未賦值的全局變量出現上述的問題,我們一般會在MCU啟動代碼里插入未賦初始值全局變量的清零操作,相當于做了一個未賦初始值的全局變量的初始化賦值操作。
像上面的案例,can_id申請的是局部變量,這又是什么情況呢?
因為MCU的RAM資源有限,為了最大限度的利用RAM,MCU會提前分配一塊RAM區域,叫堆棧區,這塊區域大家共用,對于只需要在某個函數內使用的變量,引入了局部變量概念。在開始執行該函數時,才從堆棧里分配地址給局部變量使用,函數執行結束后,該變量占用的RAM區域被堆棧回收,當下次再調用該函數,再重新分配RAM。因此對于局部變量,每次申請到的地址是不同的,該地址很可能是其它函數使用過并改寫數據了的,因此每次函數調用時can_id.dummy的數據是不確定的。因為堆棧區里的數據是被反復利用的,即使MCU的初始化代碼對堆棧區域做清零處理,也是沒有意義的。
由此看來,局部變量在申請的時候賦一個初始值,是非常有必要的。雖然有時候賦初始值沒有用,但是出現問題時常常是致命的,而且也是非常難以定位的,你可能覺得我的代碼里后面肯定會賦值的,但是后面維護該項目的其他工程師并不一定意識到這一點。像類似上面的案例,我在其他用戶當中也是經常見到的。因此軟件工程師在編程的時候,一定要養成局部變量賦初始值的習慣。
來源:瑞薩MCU小百科
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審核編輯 黃宇
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