关于C/C++中全局变量的初始化问题的深入思考

前言：

前日，在一次C++课程上，刘老师在举例说明构造函数和析构函数的功能时，提到了全局变量初始化时的构造函数的行为。构造函数在main函数之前初始化全局变量。当然在C++下我是深信不疑的。但随后老师声称C语言下的全局变量也是如此，因为C没有构造和析构函数，所以我们无法看到这一过程，在C++下可以在构造和析构函数中向屏幕打印信息，进而可以观察全局变量的初始化和生存期。

这个观点无疑使我心头一震，作为C的痴迷者，长期以来在我头脑中的印象是，全局变量在编译期就完成初始化了。难道我的观念是错误的？！难道C真的也是在main函数之前，在程序运行初期才初始化？！

于是我翻看了《C语言参考手册》这本书上没有明确的答案，再翻看著名的K&R的《C程序设计语言》中只有括号里面的一句话“在概念上.......”也是含糊其辞。（现在想想这个问题可能和编译器有关，所以丹爷爷也没说明太多）

在网上查询了一下，关于这个问题，持什么观点的都有，没有一个权威的答案。

只能靠自己了，动手实验！

 

先给出我的结论：

C和C++中的一般全局变量（不包括类class）是在编译期确定的初始值，而不是在程序运行时，在main函数之前初始化的。

C++中的类的全局变量是在程序运行时，在main函数之前初始化的。

 

预热知识：

C或者C++语言，明面上的入口函数是main(argc,argv)，或者tmain、wmain、WinMain等等。但实际上，是C Runtime的startup代码中的void mainCRTStartup(void)函数，调用了编程者写的main函数。这个函数定义在VisualC++安装目录的crt\src\目录下的某个.c文件中（视VC++的版本不同，存放的文件也不同）。它在执行一些初始化操作，如获取命令行参数、获取环境变量值、初始化全局变量、初始化io的所需各项准备之后，调用main(argc,argv)。main函数返回后，mainCRTStartup还需要调用全局变量的析构函数或者atexit()所登记的一些函数。往深里说，是在链接生成可执行文件时，告诉链接器这个可执行文件的entry就是mainCRTStartup。当然，我们也可以对编译器进行设置，使其不插入mainCRTStartup函数代码

以VC++6.0为例设置：Project->Settings->Link 在Category中选择Output，在Entry-point symbol中填上main 即可。

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实验一：

1，     C语言环境下：

实验准备：

int a ;
int main(void)
{
       return a+3 ;
}

在编译器中设置入口函数为main（具体方法见上面）

这样，我们让编译器生成的程序，直接从main函数中进入，而不是先执行mainCRTStartup函数做一些准备工作。

结果预测：

这样，如果函数返回的是3，则说明此全局变量是在编译期就被初始化为0了，如果函数返回的是其它数字，则说明此全局变量是在程序运行时，main函数运行前进行的初始化。

实验结果：

进入控制台（运行cmd命令），运行编译后的程序（因为程序没有向屏幕输出结果，我们看不到任何现象），继续输入命令：echo  %ERRORLEVEL% 则显示3，此即为函数的返回值。

（echo是显示其后的值，系统把前面运行的程序的返回值放在%ERRORLEVEL%中，故我们可以通过此方法获得主函数的返回值）

 

同理：对于结构体全局变量

struct A
{
       int a ;     
} sTest;
int main(void)
{
       return sTest.a+3 ;
}

函数也返回3.

实验结论：

在C语言中，全局变量是在编译期完成初始化的。

（在本实验中我们没有使用I/O函数把结果打印出来，因为I/O函数的调用之前必须要初始化内存中的某堆空间，而这个工作是由main函数之前的mainCRTStartup函数来做的。而我们设置让编译器跳过这个函数，故会在运行时出错。）

 

实验二：

C++语言环境下

实验准备：

class A
{
public:
       int a ;     
       A(){a=10;}
       ~A(){}
} ;
A cTest ;
 
int main(void)
{
       return cTest.a ;
}

结果预测：

这样，如果函数返回的是0，则说明此全局变量是在编译期就被初始化为0了，如果函数返回的是其它数字，则说明此全局变量是在程序运行时，main函数运行前进行的初始化。

 

实验结果：

在编译器中设置入口函数为main，主函数返回一个其他值

在编译器中设置入口函数为默认，主函数返回值为10

实验结论：

在C++中，类(class)的全局变量是在程序运行期，main函数开始之前，调用类的构造函数完成初始化的。

同理：

把C中的代码放到C++下实验

int a ;
int main(void)
{
       return a+3 ;
}

结果与C的结果相同。

说明：在C++中一般全局变量的初始化(类除外)，是在编译期完成的，而不是在运行期完成。（与C语言规则相同）

mainCRTStartup函数不管一般全局变量的初始化，它管理类(class)的全局变量的初始化，调用类的析构函数。

编译器会在编译时,初始化一般全局变量为0.

 

 

另：具有全局生命期的局部静态变量的初始化，与局部变量相同都是在运行时，执行到该初始化语句完成初始化的，只是局部静态变量只初始化一次。

 

后记：

1、程序不是从主函数开始执行的，而是先要执行一些启动代码。（现在明白为什么要在在嵌入式软件编程时要在工程中添加类似于75x_init.s和75x_vect.s这两个汇编文件了吧）

2、你应该给主函数以返回值。实际上标准C只规定了两种形式的main函数：

int main( void ) 和 int main(int argc, char *argv[])

main返回0,告诉系统程序正常终止,返回非零值告诉系统程序异常关闭.

其作用：我们可以利用程序的返回值，控制要不要执行下一个程序。

例：程序名&&DOS命令

前面的程序正常执行后才执行后面的DOS命令。当然我们也可以用其它的逻辑符把程序和命令组织起来，来实现复杂的功能。

（UNIX中的shell命令也有类似功能）