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  • C语言中,未初始化的局部变量到底是多少? 答案往往是: 与编译器有关。 可能但不保证初始化为0。 未确定。 总之,全部都是些一本正经的形而上答案,这很令人讨厌。 但凡一些人给你滔滔不绝地扯编译器,C库,...
  • 什么是程序的局部性原理

    千次阅读 2019-12-02 11:38:14
    01、前言 作为有追求的程序员,我们日常在写代码的时候往往都会运用很多奇技淫巧,不单单是为了炫耀我们的技术,更是为了追求更高的效率。...说到局部性原理,那我们首先要知道什么局部性原理,局部性原理...

    01、前言

    作为有追求的程序员,我们日常在写代码的时候往往都会运用很多奇技淫巧,不单单是为了炫耀我们的技术,更是为了追求更高的效率。了解局部性原理,可以有效的帮助我们理解和写出更好的代码,对于局部性原理可能有的小伙伴知道,有的小伙伴不知道,知道的小伙伴就当做复习知识点,不知道的小伙伴也没关系,接着往下看就知道了。

    02、什么是局部性原理

    说到局部性原理,那我们首先要知道什么是局部性原理,局部性原理分为两部分:

    • 时间局部性:指的是在程序运行过程中最近被引用到的存储器位置在程序执行后期还会被多次引用到的可能性很大。
    • 空间局部性:指的是程序运行过程中如果一个存储器的位置被引用,那么在程序执行后期该存储器附近的位置被引用的可能性很大。

    简单来说就是一个变量在程序运行过程中,如果被引用过一次,那后续很有可能会再被引用到;一个变量被访问到过后,这个变量所在的位置附近的位置很有可能在程序后续运行中被访问到。

    03、示例

    上面是通过理论来说明的,下面我们通过一段代码来看看局部性y原理

    public int sum(int[] array) {
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i < array.length; i++) {
                sum = sum + array[i];
            }
            return sum;
    }
    

    从上面的这段代码来看,就是一个很简单的数组元素求和,这里我们主要看 sum 和 array 两个变量,我们可以看到 sum 在每次循环中都会用到,另外它只是一个简单变量,所以我们可以看到,sum 是符合我们上面提到的时间局部性,再访问一次后还会被继续访问到,但是它不存在我们所说的空间局部性了。

    相反的,array 数组中的每个元素只访问一次,另外数组底层的存储是连续的,所以 array 变量符合我们上面提到的空间局部性,但是不符合时间局部性。

    这只是局部性原理的简单示例,对于局部性原理还有很多地方会用到,我们如果能熟练的掌握和使用,对我们的帮助会很大的。

    04、相关应用

    4.1、CPU 缓存

    上面的示例其实很简单,相信大家都能理解,另外局部性原理其实在我们日常使用的软件中随处可见,并且在操作系统中也少不了。我们知道 CPU 的速度是非常快的,而且 CPU 与内存之间有多级缓存,如下图(图片来源于网络)

    image-20191129115010857.png

    为了充分的利用 CPU,操作系统会利用局部性原理,将高频的数据从内存中加载的缓存中,从而加快 CPU 的处理速度。

    4.2、广义局部性

    其实我们的局部性原理不单单是上面提到的狭义性的局部性,还可以是广义的局部性。我们系统里面的热点数据,CDN 数据,微博的热点流量等等这些都利用了局部性原理。只是我们可能没有意识到而已,实际上已经在使用了。我们会通过 Redis 缓存热点数据,会通过 CDN 提前加载图片或者视频资源,等等,都是因为这些数据本身就符合局部性原理,合理的利用局部性可以得到了能效、成本上的提升。

    4.3、利弊结合

    任何事情都是多面性的,局部性原理虽然我们使用起来很不错,可以提高系统性能,但是在有些场景下,我们是需要避免局部性原理的出现的。或者说出现了这种情况,我们需要人工处理。我们可以试想一下,如果在我们的一个大数据处理平台上,由于局部性原理的存在,导致我们部分节点数据庞大运算吃力,部分节点数据量小十分空闲,这种情况自然是不合理,我们就需要把数据按照业务场景进行重新分配,以达到整个集群的最大利用。

    05、总结

    今天给大家介绍了一下局部性原理,我们提到了时间局部性和空间局部性,通过一个代码示例和几个业务场景给大家简单介绍了局部性的使用。最后也提到局部性原理有利也有弊,我们需要根据业务场景和需求合理话的使用。

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  • C语言未初始化的局部变量是多少?

    千次阅读 2020-07-17 17:41:15
    C语言中,未初始化的局部变量到底是多少? 答案往往是: 与编译器有关。 可能但不保证初始化为0。 未确定。 总之,全部都是些一本正经的形而上答案,这很令人讨厌。 但凡一些人给你滔滔不绝地扯编译器,C库,...

    C语言中,未初始化的局部变量到底是多少?

    答案往往是:

    • 与编译器有关。
    • 可能但不保证初始化为0。
    • 未确定。

    总之,全部都是些一本正经的形而上答案,这很令人讨厌。

    但凡一些人给你滔滔不绝地扯编译器,C库,处理器体系结构却给不出一个实际场景复现问题的时候,这人大概率在扯淡。

    又是周五回家时,大巴车上作短文一篇。

    其实,这个问题本身就是错误的问法,说全了能讲10万字,我们只要能在特定场景下确定其特定行为就OK了,当然,这就需要设计一个比较OK的实验。

    在演示一个实际代码行为之前,先给出一个知识, CPU不认识变量,更无法识别变量的名字,CPU只会从特定的内存位置取值或者将值存到特定的内存位置,因此当问一个变量的值是多少的时候,必须要知道这个变量对应的值被保存在什么地方。

    来看下面的代码:

    #include <stdio.h>
    
    void func1()
    {
    	int a;
    	printf("func1:%d\n", a);
    	a = 12345;
    }
    
    void func2()
    {
    	int b;
    	printf("func2:%d\n", b);
    }
    
    void func4()
    {
    	int d;
    	printf("func3:%d\n", d);
    }
    
    void func3()
    {
    	int c;
    	printf("func3:%d\n", c);
    	c = 54321;
    	func4();
    }
    
    void test_call()
    {
    	func3();
    }
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
    	func1();
    	func2();
    
    	test_call();
    }
    

    我们有func1~func4一共4个函数,其内部均有一个未初始化的局部变量,它们的值到底是多少呢?

    对于这种局部变量,它们的值取决于:

    • 变量在栈中的位置。
    • 变量对应的栈位置在 之前 有没有被store过。

    可以看到,上述第一点标记了一个内存位置,第二点则是代码的行为,也就是说,只要有代码去store对应的位置, 且后续的代码没有reset该位置的值的话,该位置就会保留着原先被store后的值。

    验证非常简单,试一下就知道了:

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

    按照函数调用栈帧的变化,func1的局部变量a和func2的局部变量b显然是位于同一个位置的,在func1被调用时,这是一块新的内存(可能在进入main之前有栈帧到达过这个位置),a的值取决于调入内存该位置的页面对应偏移的初始值,这取决于操作系统:

    • 操作系统在分配给程序页面时可能会将页面clear为零页。

    栈的分配不会涉及C库,这里显然并不涉及C库的行为,但类似malloc分配的内存则涉及C库了。

    打印结果,a的值为0,我们认为操作系统返回给了应用程序零页。接下来在func1中将其赋值12345之后函数返回,接下来调用func2的时候,在之前func1已经退出的栈帧位置重建栈帧,对应位置依然还是12345。

    我没有看到func1的ret操作后面有stack清0的代码指令。效率考虑,也不该有这样的指令。

    再看test_call函数,很明显,func3和func4调用使用的并不是同一个栈帧,因此即便是在func3中对c赋值了54321,也不会影响在其栈帧之上的func4的栈帧对应位置的值d。因此c和d的初始值均保持为0。

    那么,初始化一个局部变量和不初始化一个局部变量,在指令层面上,区别在哪里呢?

    很简单,亲眼看一下就知道,先看未初始化局部变量的func1:

    // int a;
    00000000004005ad <func1>:
      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 <printf@plt>
      4005c9:   c7 45 fc 39 30 00 00    movl   $0x3039,-0x4(%rbp)
      4005d0:   c9                      leaveq
      4005d1:   c3                      retq
    

    再看初始化局部变量a为2222的版本:

    // int a = 2222;
    00000000004005ad <func1>:
      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 <printf@plt>
      4005d0:   c7 45 fc 39 30 00 00    movl   $0x3039,-0x4(%rbp)
      4005d7:   c9                      leaveq
      4005d8:   c3                      retq
    

    仅仅差了一条指令:

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

    初始化的操作是依靠实实在在的指令完成的。


    总结一句, 函数返回在pop出当前栈帧的时候,并不会清理它遗留在栈帧里的数据,下个函数调用再次重用到该栈帧的内存时,未初始化的局部变量将会被遗留数据影响,从而变得不确定!

    所以,记得初始化你的局部变量。如果你不这样做,上帝终究会将你经理了的。


    浙江温州皮鞋湿,下雨进水不会胖。

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  • C语言中局部变量和全局变量变量的存储类别(static,extern,auto,register) 1----局部变量和全局变量 在讨论函数的形参变量时曾经提到,形参变量只在被调用期间才分配内存单元,调用结束立即释放。这一点表明形参变量...

    C语言中局部变量和全局变量变量的存储类别(static,extern,auto,register)

    1----局部变量和全局变量
    在讨论函数的形参变量时曾经提到,形参变量只在被调用期间才分配内存单元,调用结束立即释放。这一点表明形参变量只有在函数内才是有效的,离开该函数就不能再使用了。这种变量有效性的范围称变量的作用域。不仅对于形参变量,C语言中所有的量都有自己的作用域。变量说明的方式不同,其作用域也不同。C语言中的变量,按作用域范围可分为两种,即局部变量和全局变量。

    1.1 局部变量
    局部变量也称为内部变量。局部变量是在函数内作定义说明的。其作用域仅限于函数内,离开该函数后再使用这种变量是非法的。
    关于局部变量的作用域还要说明以下几点:

    1. 主函数中定义的变量也只能在主函数中使用,不能在其它函数中使用。同时,主函数中也不能使用其它函数中定义的变量。因为主函数也是一个函数,它与其它函数是平行关系。这一点是与其它语言不同的,应予以注意。
    2. 形参变量是属于被调函数的局部变量,实参变量是属于主调函数的局部变量。
    3. 允许在不同的函数中使用相同的变量名,它们代表不同的对象,分配不同的单元,互不干扰,也不会发生混淆。如在前例中,形参和实参的变量名都为n,是完全允许的。
    4. 在复合语句中也可定义变量,其作用域只在复合语句范围内。

    1.2 全局变量
    全局变量也称为外部变量,它是在函数外部定义的变量。它不属于哪一个函数,它属于一个源程序文件。其作用域是整个源程序。在函数中使用全局变量,一般应作全局变量说明。只有在函数内经过说明的全局变量才能使用。全局变量的说明符为extern。但在一个函数之前定义的全局变量,在该函数内使用可不再加以说明。

    2. 变量的存储类别
    2.1 动态存储方式与静态动态存储方式
    前面已经介绍了,从变量的作用域(即从空间)角度来分,可以分为全局变量和局部变量。
    从另一个角度,从变量值存在的作时间(即生存期)角度来分,可以分为静态存储方式和动态存储方式。

    • 静态存储方式:是指在程序运行期间分配固定的存储空间的方式。
    • 动态存储方式:是在程序运行期间根据需要进行动态的分配存储空间的方式。

    用户存储空间可以分为三个部分:

    1. 程序区;
    2. 静态存储区;
    3. 动态存储区;

    全局变量全部存放在静态存储区,在程序开始执行时给全局变量分配存储区,程序行完毕就释放。在程序执行过程中它们占据固定的存储单元,而不动态地进行分配和释放;

    动态存储区存放以下数据:

    1. 函数形式参数;
    2. 自动变量(未加static声明的局部变量);
    3. 函数调用实的现场保护和返回地址;

    对以上这些数据,在函数开始调用时分配动态存储空间,函数结束时释放这些空间。
    在c语言中,每个变量和函数有两个属性:数据类型和数据的存储类别。

    2.2 auto变量
    函数中的局部变量,如不专门声明为static存储类别,都是动态地分配存储空间的,数据存储在动态存储区中。函数中的形参和在函数中定义的变量(包括在复合语句中定义的变量),都属此类,在调用该函数时系统会给它们分配存储空间,在函数调用结束时就自动释放这些存储空间。这类局部变量称为自动变量。自动变量用关键字auto作存储类别的声明。

    a是形参,b,c是自动变量,对c赋初值3。执行完f函数后,自动释放a,b,c所占的存储单元。
    关键字auto可以省略,auto不写则隐含定为“自动存储类别”,属于动态存储方式。

    2.3 用static声明局部变量
    有时希望函数中的局部变量的值在函数调用结束后不消失而保留原值,这时就应该指定局部变量为“静态局部变量”,用关键字static进行声明。

    对静态局部变量的说明:
    1)静态局部变量属于静态存储类别,在静态存储区内分配存储单元。在程序整个运行期间都不释放。而自动变量(即动态局部变量)属于动态存储类别,占动态存储空间,函数调用结束后即释放。
    2)静态局部变量在编译时赋初值,即只赋初值一次;而对自动变量赋初值是在函数调用时进行,每调用一次函数重新给一次初值,相当于执行一次赋值语句。
    3)如果在定义局部变量时不赋初值的话,则对静态局部变量来说,编译时自动赋初值0(对数值型变量)或空字符(对字符变量)。而对自动变量来说,如果不赋初值则它的值是一个不确定的值。

    2.4 register变量
    为了提高效率,C语言允许将局部变量得值放在CPU中的寄存器中,这种变量叫“寄存器变量”,用关键字register作声明。

    说明:

    1. 只有局部自动变量和形式参数可以作为寄存器变量;
    2. 一个计算机系统中的寄存器数目有限,不能定义任意多个寄存器变量;
    3. 局部静态变量不能定义为寄存器变量。

    2.5 用extern声明外部变量
    外部变量(即全局变量)是在函数的外部定义的,它的作用域为从变量定义处开始,到本程序文件的末尾。如果外部变量不在文件的开头定义,其有效的作用范围只限于定义处到文件终了。如果在定义点之前的函数想引用该外部变量,则应该在引用之前用关键字extern对该变量作“外部变量声明”。表示该变量是一个已经定义的外部变量。有了此声明,就可以从“声明”处起,合法地使用该外部变量。

    说明:在本程序文件的最后1行定义了外部变量A,B,但由于外部变量定义的位置在函数main之后,因此本来在main函数中不能引用外部变量A,B。现在我们在main函数中用extern对A和B进行“外部变量声明”,就可以从“声明”处起,合法地使用该外部变量A和B。

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  • 1、bss是英文block started by symbol的简称,通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域,在程序载入时由内核清0。bss段属于静态内存分配。它的初始值也是由用户自己定义的连接定位文件所确定,用户...

    原文地址:https://www.cnblogs.com/dylancao/p/9936957.html

     先看几个概念:

    1、bss是英文block started by symbol的简称,通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域,在程序载入时由内核清0。bss段属于静态内存分配。它的初始值也是由用户自己定义的连接定位文件所确定,用户应该将它定义在可读写的ram区内,源程序中使用malloc分配的内存就是这一块,它不是根据data大小确定,主要由程序中同时分配内存最大值所确定,不过如果超出了范围,也就是分配失败,可以等空间释放之后再分配。

     2、text段是程序代码段,在at91库中是表示程序段的大小,它是由编译器在编译连接时自动计算的,当你在链接定位文件中将该符号放置在代码段后,那么该符号表示的值就是代码段大小,编译连接时,该符号所代表的值会自动代入到源程序中。

     3、data包含静态初始化的数据,所以有初值的全局变量和static变量在data区。段的起始位置也是由连接定位文件所确定,大小在编译连接时自动分配,它和你的程序大小没有关系,但和程序使用到的全局变量,常量数量相关。

     4、stack保存函数的局部变量和参数。是一种“后进先出”(last in first out,lifo)的数据结构,这意味着最后放到栈上的数据,将会是第一个从栈上移走的数据。对于哪些暂时存贮的信息,和不需要长时间保存的信息来说,lifo这种数据结构非常理想。在调用函数或过程后,系统通常会清除栈上保存的局部变量、函数调用信息及其它的信息。栈另外一个重要的特征是,它的地址空间“向下减少”,即当栈上保存的数据越多,栈的地址就越低。栈(stack)的顶部在可读写的ram区的最后。 

     5、heap保存函数内部动态分配内存,是另外一种用来保存程序信息的数据结构,更准确的说是保存程序的动态变量。堆是“先进先出”(first in first out,fifo)数据结构。它只允许在堆的一端插入数据,在另一端移走数据。堆的地址空间“向上增加”,即当堆上保存的数据越多,堆的地址就越高。

      遇到的问题:

      以前这些我都记得,今天遇到实际问题时候,发现远远不是这回事,全局变量能放在text段吗?

    的确可以的,其实,我今天就遇到了这种情况,这个配置的区域实际上是可以在link文件中修改的,假如我的link文件是这样子的:

      其实,这种情况下,假如我定义个const 类型的全局变量,该全局变量就会在text段了,看来,计算的的东西,还是要理解原理才行啊.不过,这个也是反复的过程,有谁不经过磨难,就能快速成长呢?

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