静态变量初始化？答案

【问题标题】：Static variable initialization?静态变量初始化？
【发布时间】：2010-12-22 07:46:27
【问题描述】：

我想知道为什么 C、C++ 和 Java 中的静态变量默认初始化为零？为什么局部变量不是这样？

【问题讨论】：

你说的是哪种语言？
它不是特定于语言的，而是关于概念的？在所有语言 C、C++、Java 中，静态变量的默认初始化为零
不，Ton，静态变量是默认初始化的。

标签： java c++ c static-initialization

【解决方案1】：

C++ 标准的第 8.5.6 段指出：

"每个静态存储持续时间的对象在程序启动时都应进行零初始化"

（标准也说局部变量的初始化是未定义的）

至于为什么，标准没有说明 ;) 一种猜测是它相当容易实现，没有任何额外的缺点。

【讨论】：

他可能想知道为什么会做出这个选择。
是的，这是真的，但我的问题是为什么？
而另一方面是本地的默认初始化会导致性能下降。而且 C++ 设计者更关注性能，而不是编写正确程序的难易程度。
Stephen C，与其说是性能，不如说是对性能的控制。不仅是性能。从长远来看，这实际上简化了编写正确的程序;-)

【解决方案2】：

为 java 说话：

必须先初始化局部变量，然后才能访问它，因为这是一种安全增益。如果变量已明确设置，编译器会为您检查。

静态或类变量（具有 Object 类型）使用 null 初始化，因为编译器无法检查它们是否在编译时初始化。如果程序访问未初始化的变量，它不会让程序失败，而是使用null 隐式初始化。

具有本机类型的变量无法获得 null 值，因此作为后备，使用 0 或 false 初始化非局部变量。当然，这不是最好的解决方案，但我不知道更好的解决方案。 ;-)

【讨论】：

其实从JVM的角度来看，局部变量在初始化之前根本就不存在。
编译器检查最终字段是否已分配，并且在分配之前没有明显使用。但是，仍有一些方法可以在分配之前查看字段（本地人并非如此）。非最终静态字段应该非常罕见（应该）。它保留了为什么不认为使用默认值保留字段可能是错误的原因。
@Tom - 您的“开放”问题的答案是，为此提出 JLS 规则将非常困难 1）不需要分析程序中的所有类，并且2）应对动态加载。

【解决方案3】：

这只是一个猜测，但它可能是静态的方式，因为它易于实现且有用。

编译器可以将所有变量共同分配到一个连续的内存区域，然后在调用main() 之前发出代码（单个memset() 调用）以清除它。在许多情况下，它还可以依赖操作系统的可执行文件格式的功能，如果该格式支持“bss sections"”，则由加载程序清除。这样可以节省可执行文件中的空间，您可以拥有

static unsigned char megabyte[1 << 20];

并且可执行文件不会增长一兆字节。

对于局部变量，这些都不适用；它们是“动态”分配的（通常在堆栈上），清除它们会浪费资源，因为它们通常很快就会被分配。

【讨论】：

【解决方案4】：

我对java一无所知，我怀疑java中的statics/locals有什么不同。

对于 c 和 c++，它是关于程序员关心他们的代码效果和热爱控制的。初始化局部变量意味着每次程序进入范围时都会执行额外的代码。对于可能会造成灾难的频繁调用的函数。

【讨论】：

写得很好，但这不是我问题的答案
不确定你想要什么。如果你拒绝这个，我希望你接受安德烈亚斯的回答。他引用了标准，我给你背后的原因。你在寻找什么答案？
这假设编译器真的很笨。在几乎所有情况下，很容易在使用前查看变量是否已分配。
这与你指控我的假设有什么关系？
@hacker，我想知道为什么静态变量被初始化为零？

【解决方案5】：

所以在某种程度上，这些只是语言设计者的设计决定。但在 Java 中做出这些决定的可能原因是：

对于静态/成员变量，如果您要将它们初始化为某个值，那么零是一个方便的值，因为 (a) 它通常是一个合适的值来表示“未设置为任何其他特殊值”，并且是值在某些情况下，例如柜台，您无论如何都会选择； (b) 在内部，零很可能用于“特殊”值，特别是在对象引用的情况下表示 null。
对于局部变量，不给它们默认值允许强制程序员在读取变量之前设置一些值的规则，这实际上有助于编译器发现某些错误。

在局部变量的情况下，还可以想象，可以声明一个局部变量（在字节码/机器码级别，这本质上意味着分配堆栈空间/移动堆栈指针），但随后从未实际写入/读取特定的代码路径。因此，没有默认值可以避免在这些情况下进行不必要的设置默认值工作。

不过，我再说一遍，这些在某种程度上是设计决策。它们本质上是在方便 JVM 实现和方便程序员之间进行权衡。

注意在 C/C++ 中，“静态”变量的含义与 Java 中的静态变量不同！

【讨论】：

【解决方案6】：

为什么静态变量是确定性初始化而局部变量不是？

看看静态变量是如何实现的。 它们的内存在链接时分配，它们的初始值也在链接时提供。没有运行时开销。

另一方面，局部变量的内存是在运行时分配的。堆栈必须增长。你不知道以前那里有什么。如果需要，您可以清除该内存（将其归零），但这会产生运行时开销。 C++ 理念是“不用为不用的东西付费”，因此默认情况下它不会将内存归零。

好的，但是为什么静态变量初始化为零，而不是其他值？

嗯，你通常想用那个变量做点什么。但是你怎么知道它是否已经初始化呢？您可以创建一个静态布尔变量。但是它也必须可靠地初始化为某些东西（最好是假的）。 指针怎么样？您宁愿希望它初始化为 NULL 而不是一些随机垃圾。 结构/记录怎么样？它里面还有一些其他的数据成员。将它们全部初始化为其默认值是有意义的。但为简单起见，如果您使用“初始化为 0”策略，则不必检查各个成员并检查它们的类型。 您可以将整个内存区域初始化为 0。

这并不是真正的技术要求。如果默认值不是 0，那么初始化的语义仍然可以被认为是合理的，但仍然是确定性的。但是，那个值应该是什么？您可以很容易地解释为什么使用 0（尽管听起来确实有些随意），但解释 -1 或 1024 似乎更难（尤其是变量可能不足以容纳该值等）。

而且你总是可以显式初始化变量。

C++ 标准的第 8.5.6 段总是说“每个静态存储持续时间的对象都应在程序启动时进行零初始化”。

有关更多信息，请参阅以下其他问题：

【讨论】：

是的，我同意静态变量的内存是在链接时分配的，但为什么默认为零。
我扩展了我的答案，希望它包含您感兴趣的信息。
那么类对象呢，确定它的构造函数不会在链接时被调用，那么如果它在链接时被初始化，它只是被初始化为一个POD，这似乎没有意义？
它们的内存 [静态变量] 在链接时分配 [这可能取决于平台] -- 并非如此，而是在加载时，当二进制文件加载到内存中时。特别是，对于非零值，二进制文件必须包含值[使二进制文件变大]，但对于零值，它根本不需要保存变量，它只需要通知加载程序保留空间[为所有静态归零 vars 就足够了]。这也与 zero 值有关，它根本不是任意的。此外，许多操作系统已经为您清零了内存。

【解决方案7】：

这与 C/C++ 中“只为使用的东西付费”的概念有关。

对于静态变量，可以在不生成代码的情况下进行初始化。目标文件包含数据段中变量的初始值，当操作系统加载可执行文件时，它会在程序开始执行之前加载并映射此数据段。

对于局部变量，没有代码就无法初始化它们，因为它们不会被初始化一次，每次进入它们的作用域时都应该初始化它们；它们也被分配在堆栈中，并且当分配发生时，通常情况下堆栈中的初始值就是之前的值（除了那些罕见的时刻，您使堆栈增长得比以前增长得更多）。

所以要隐式初始化一个局部变量，编译器需要在没有程序员明确命令的情况下生成代码，这完全违背了“哲学”。

关于Java，据我所知，变量总是在程序进入其作用域时被初始化，无论它们是否是静态的。它们之间唯一显着的区别是静态变量的作用域是整个程序。鉴于此，他们的行为是一致的。

【讨论】：