嵌入式 C 語言，為什么全局變量越少越好？

工程師進階筆記 · 發(fā)表于昨天 17:50

我是老溫，一名熱愛學(xué)習(xí)的嵌入式工程師
關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！嵌入式開發(fā)，特別是單片機os-less的程序，最易范的錯誤是全局變量滿天飛。
這個現(xiàn)象在早期匯編轉(zhuǎn)型過來的程序員以及初學(xué)者中常見，這幫家伙幾乎把全局變量當(dāng)作函數(shù)形參來用。
在.h文檔里面定義許多雜亂的結(jié)構(gòu)體，extern一堆令人頭皮發(fā)麻的全局變量，然后再這個模塊里邊賦值123，那個模塊里邊判斷123分支決定做什么。
每當(dāng)看到這種程序，我總要戚眉變臉而后拍桌怒喝。沒錯，就是怒喝。
不否認全局變量的重要性，但我認為要十分謹慎地使用它，濫用全局變量會帶來其它更為嚴重的結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)問題。

為什么全局變量要越少越好？
它會造成不必要的常量頻繁使用，特別當(dāng)這個常量沒有用宏定義“正名”時，代碼閱讀起來將萬分吃力。
它會導(dǎo)致軟件分層的不合理，全局變量相當(dāng)于一條快捷通道，它容易使程序員模糊了“設(shè)備層”和“應(yīng)用層”之間的邊界。寫出來的底層程序容易自作多情地關(guān)注起上層的應(yīng)用。
這在軟件系統(tǒng)的構(gòu)建初期的確效率很高，功能調(diào)試進度一日千里，但到了后期往往bug一堆，處處“補丁”，雷區(qū)遍布。說是度日如年舉步維艱也不為過。
由于軟件的分層不合理，到了后期維護，哪怕僅是增加修改刪除小功能，往往要從上到下掘地三尺地修改，涉及大多數(shù)模塊，
而原有的代碼注釋卻忘了更新修改，這個時候，交給后來維護者的系統(tǒng)會越來越像一個“泥潭”，注釋的唯一作用只是使泥潭上方再加一些迷煙瘴氣。
全局變量大量使用，少不了有些變量流連忘返于中斷與主回圈程序之間。
這個時候如果處理不當(dāng)，系統(tǒng)的bug就是隨機出現(xiàn)的，無規(guī)律的，這時候初步顯示出病入膏肓的特征來了，沒有大牛來力挽狂瀾，注定慢性死亡。
無需多言，您已經(jīng)成功得到一個畸形的系統(tǒng)，它處于一個神秘的穩(wěn)定狀態(tài)！
你看著這臺機器，機器也看著你，相對無言，心中發(fā)毛。你不確定它什么時候會崩潰，也不曉得下一次投訴什么時候道理。
全局變量大量使用有什么后果？
“老人”氣昂昂，因為系統(tǒng)離不開他，所有“雷區(qū)”只有他了然于心。當(dāng)出現(xiàn)緊急的bug時，只有他能夠搞定。你不但不能辭退他，還要給他加薪。
新人見光死，但凡招聘來維護這個系統(tǒng)的，除了改出更多的bug外，基本上一個月內(nèi)就走人，到了外面還宣揚這個公司的軟件質(zhì)量有夠差夠爛。
隨著產(chǎn)品的后續(xù)升級，幾個月沒有接觸這個系統(tǒng)的原創(chuàng)者會發(fā)現(xiàn)，很多雷區(qū)他本人也忘記了，于是每次的產(chǎn)品升級維護周期越來越長，
因為修改一個功能會冒出很多bug，而按下一個bug，會彈出其他更多的bug。在這期間，又會產(chǎn)生更多的全局變量。
終于有一天他告訴老板，不行啦不行啦，資源不夠了，ram或者flash空間太小了，升級升級。
客戶投訴不斷，售后也快崩潰了，業(yè)務(wù)員也不敢推薦此產(chǎn)品了，市場份額越來越小，公司形象越來越糟糕。

Y" ^- N: O. |
要問對策，只有兩個原則
能不用全局變量盡量不用，我想除了系統(tǒng)狀態(tài)和控制參數(shù)、通信處理和一些需要效率的模塊，其他的基本可以靠合理的軟件分層和編程技巧來解決。
如果不可避免需要用到，那能藏多深就藏多深。
如果只有某.c文件用，就static到該文件中，順便把結(jié)構(gòu)體定義也收進來；如果只有一個函數(shù)用，那就static到函數(shù)里面去；
如果非要開放出去讓人讀取，那就用函數(shù)return出去，這樣就是只讀屬性了；
如果非要遭人蹂躪賦值，好吧，我開放函數(shù)接口讓你傳參賦值；實在非要extern侵犯我，我還可以嚴格控制包含我.h檔的對象，而不是放到公共的includes.h中被人圍觀，丟人現(xiàn)眼。
如此，你可明白我對全局變量的感悟有多深刻，悲催的我，已經(jīng)把當(dāng)年那些“老人”交給我維護的那些案子加班全部重新翻寫了。
最后補充
全局變量是不可避免要用到的，每一個設(shè)備底層幾乎都需要它來記錄當(dāng)前狀態(tài)，控制時序，起承轉(zhuǎn)合。但是盡量不要用來傳遞參數(shù)，這個很忌諱的。
盡量把變量的作用范圍控制在使用它的模塊里面，如果其他模塊要訪問，就開個讀或?qū)懞瘮?shù)接口出來，嚴格控制訪問范圍。
這一點，C++的private屬性就是這么干的，這對將來程序的調(diào)試也很有好處。
C語言之所以有++版本，很大原因就是為了控制它的靈活性，要說面向?qū)ο蟮乃枷�，C語言早已有之，亦可實現(xiàn)。
當(dāng)一個模塊里面的全局變量超過3個(含)時，就用結(jié)構(gòu)體包起來吧，要歸0便一起歸0，省得丟三落四的。
在函數(shù)里面開個靜態(tài)的全局變量，全局數(shù)組，是不占用棧空間的，只是有些編譯器對于大塊的全局數(shù)組，會放到和一般變量不同的地址區(qū)。
若是在keil C51，因為是靜態(tài)編譯，棧爆掉了會報警，所以大可以盡情馳騁，注意交通規(guī)則就是了。
單片機的os-less系統(tǒng)中，只有棧沒有堆的用法，那些默認對堆分配空間的“startup.s”，可以大膽的把堆空間干掉。
程序模型？如何分析抽象出來呢，從哪個角度進行模型構(gòu)建呢？很愿意聆聽網(wǎng)友的意見。
本人一直以來都是從兩個角度分析系統(tǒng)，事件--狀態(tài)機遷移圖和數(shù)據(jù)流圖，前者分析控制流向，完善UI，后者可知曉系統(tǒng)數(shù)據(jù)的緣起緣滅。
這些理論，院校的《軟件工程》教材都有，大家不妨借鑒下。只不過那些理論，終究是起源于大型系統(tǒng)軟件管理的，牛刀殺雞，還是要裁剪一下的。
來源：網(wǎng)絡(luò)。
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