嵌入式C编程经验之全局变量猛于虎
本文转载自:http://blog.chinaunix.net/uid-20620288-id-3399952.html
/*********************************************************************************
* Filename: 一线研发之声：嵌入式C编程经验 之 全局变量猛于虎
* Author：SedateFire E-mail:[email protected]
* Version：1.001 Time: 2012-01-05
* key: 嵌入式 os-less 全局变量 单片机
**********************************************************************************/
工作也有些年头了，从一位技术新人成长到现在自诩小牛级别的人物，少不了要自己寻找资料阅读。论坛上、书店里、杂志上......要嘛是些菜鸟浅薄的自炫 处女贴，要嘛是高屋建瓴云里来雾里去的概念文，好不容易遇到个实践型高手写的文章，却在渐入佳境之际嘎然而止。本是隔靴搔痒，看完后心中更是郁结不已。也 罢，今日且强装回大牛，献丑谈一谈嵌入式C编程中全局变量问题。
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。这个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。
诸位看官，且听我细细道来。
1. 它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. 它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miyan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。
要问我的对策吗，只有两个原则：
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强奸我，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。
2011-12-29 续篇
承蒙小编抬爱，推荐了本博文，感激之余心中惶恐，特地详细看了下回复。这个主题最早是在论坛发表的，我发现那里的回复还是比较热烈的，也很高兴能够听到不同的声音。对于一些网友提到的，如果大量使用局部变量也会容易造成栈溢出的问题，还提到程序模型的概念。言之有理。所以特地来补充一下意见：
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。
1、 消息机制弄好了可以避免全局变量，代价是效率
c++的class封装变量本质上还是全局变量，多个模块访问的话你得用class内的static。用c的话，折衷的办法是封在struct里面，然后用指针传struct变量的地址，这样没有全局变量，也不会有消息机制的效率问题，代价是模块耦合度。我比较喜欢这种办法。
2、在无操作系统的情况下，全局变量不是什么大问题，只要你的全局变量在中断函数里面没有被用到，那么就不会影响到你的全局变量的值，如果一个全局变量要在中断里面改变的话那就设置标志呗！！！
3、一个子程序与外界的直接联系越少，则内聚性越好，而与外界联系，就是全局变量和参数，所以参数和全局变量越少越好，否则程序很难维护，可读性也不高。而且，全局变量占用固定地址不变，在函数中，或局部要读取它时还得到外界去找，而且在一个大点的程序中如果大量使用全局变量会降低程序的可读性，而且占用了大量的有限空间，降低运行速度。
全局变量有些时候是无法避免的，只能尽量减少全局变量。我能想到的主要有三个方面：
1、通过函数参数传递数据或指针。对于回调函数，通常有一个参数是自定义的数据指针，可以利用这个参数传递类指针或者自定义一个结构的指针。
2、只在某一个函数中使用的变量可以定义为局部静态变量（在函数内部定义，前面加static修饰）。
3、把全局变量定义成一个结构，定义一个全局的结构体变量。
4、全局变量有其存在的必然法则，所谓全局变量不安全的论调也是杞人忧天，所有的不安全隐患来源于代码编写的不可靠，是人为因素和规范漏洞。有公司要求减少全局变量这是对的，不许使用全局变量那是非常的不靠谱，系统编程中不止一处需要使用全局变量。在有些操作系统中可以使用系统规定的任务标志代替全局变量，但是这只是全局变量的变形形式，并不是没有使用全局变量。而在某些没有操作系统的系统中就必须也只能使用全局变量了。使用全局变量最基本的一条就是能使用静态全局变量不使用动态全局变量。
2、如果你真的想替代全局变量，其实是有办法的，就是使用单独的内存驱动。这种方法其实就是打肿脸充胖子，也许你觉得这样可靠，但其可靠性并不见得真的就高，而且非常占用资源。
其使用方式很简单，就是要实现4个函数：
（1）申请标志
（2）读取标志
（3）更改标志
（4）删除标志
其中申请标志要保证只能使用一次。
3、C++封装的概念在于面向对象，但是你要清楚一点C++只是C得扩充，是C的高级实现，所以所有在C++中能实现的功能都可以在C中实现，只不过实现比较复杂一些，如果感兴趣可以去看些C面向对象的书，其教你怎么用C实现面向对象。