前篇《由static來談談模塊封裝》基本實現了對外隱藏屬性，隱藏局部模塊函數，開放接口的功能。對于這個話題還有些點沒有深入探討：為什么要這樣做？以及這樣做的好處。或許很多剛剛開始用C或者其他面向對象編程語言(比如C++)的小伙伴們，常常在一個項目里為了圖省事，整了很多全局對象、全局變量滿天飛，這樣做其實是有很多弊端，本文來聊聊這個話題。

先談談全局變量的特點

全局變量(Global Variables)：在計算機編程語言中，所謂全局變量是指具有全局作用域的變量，這意味著它在整個程序中是可見的，因此是可訪問的。所謂可訪問，是指全局可讀、全局可寫。在編譯語言中，全局變量通常是靜態變量，其范圍(生命周期)是程序的整個運行時。當然解釋性語言除外，解釋性語言包括命令行解釋器(比如python, Java script,shell等)中，全局變量通常在聲明時由解釋器動態分配，這是由于解釋性語言是讀取>解釋>執行模式，不像編譯性語言，運行前可預知變量屬性，解釋性語言讀取解釋前無從獲取變量屬性。

在C/C++編程語言中，全局變量的這種全局可見性特點，濫用全局變量會讓代碼表現當相當邪惡！如果使用全局變量，就意味著下面這些場景的存在：

• 實際代碼可能有很多地方在讀、在寫全局變量
• 全局變量在多線程或多任務間共享
• 全局變量在常規代碼和中斷服務程序間共享

為啥說全局變量很邪惡？

單片機裸機編程

或許你會說，我就這樣用？咋了？軟件也跑的很好啊？來看看這個場景：

一個超字寬的變量(比如16位單片機，字寬即為16位)，正被一個常規代碼在寫變量數據域時且還沒寫完，啪嘰，來了個中斷！中斷一來，CPU趕緊把手里的活兒停下來，奔過去處理中斷了，不巧在中斷函數里，該變量因業務需求有需要寫這個變量有經驗的不這么寫，僅為了方便說明：

舉個栗子,還是以之前文章的傳感器為例，實際應用中傳感器可能是下面這樣的數據結構來描述：

#ifndef?_SENSOR_H_#define?_SENSOR_H_typedef?struct?_t_sensor{/*?測量值與測量范圍及單位有關?*/float?value;/*?測量范圍，根據采樣值映射??*/float?upper_range;float?lower_range;/*?溫度單位?*/unsiged char unit;
}T_SENSOR;/*假定是一個溫度測量產品*/extern?T_SENSOR?temperature;#endif?_SENSOR_H_

假定這個傳感器數據結構有這樣一些被訪問的可能：

上位機會改寫測量數據的范圍及單位，串口通信中斷服務程序直接寫這個全局變量中的上下限數據域

LCD操作界面可改寫溫度上下限范圍。

測量更新模塊根據當前范圍及單位配置，將傳感器采集到的數據映射為測量值。

這些需求用例，用圖描述一下：

比如用戶操作HMI界面正改寫溫度范圍，而此時遠程上位機也正改寫溫度范圍，按上面這個做法，可能出現哪些邪惡的后果呢?

通過LCD界面寫入上限為300.5(假定原下限為0)，此時遠程串口報文收到，程序直接在中斷服務程序將范圍修改為(-100，200.5)，此時中斷返回，用戶可能接著修改下限為-200，則最終設備內的溫度范圍可能既不是(-100，200.5)也不是(-200，300.5)，而可能是(-200，200.5)。這是一個易理解的數據混亂的場景。

現實中如果使用的單片機是8位/16位單片機，一條指令無法完成操作一個32位立即數，有可能才完成一個浮點數中某幾個字節，此時就被中斷打斷寫入200，然后中斷返回后繼續寫入剩下字節，數據可能會變得非常詭異！利用http://www.speedfly.cn/tools/hexconvert/ 在線工具轉換浮點數到16進制：

0x43964000?/*?浮點數300.5的16進制*/
0x43488000?/*?浮點數200.5的16進制*/

假定中斷進入時，HMI界面程序寫入了0x4396前兩個字節，中斷返回時，上限改寫為200.5(0x43488000),此時繼續執行后面兩個字節寫入，則上限變成為(0x43484000),來看看這個數是多大？變成了200.25，這是不是很邪惡？

或許有的朋友會說，可以在LCD寫范圍時關中斷嘛。誠然，可以這么做：

void?hmi_operate(){
????/*關中斷*/
????_disable_interrupt();
????/*改寫溫度范圍*/
????....
????/*開中斷*/
????_enable_interrupt();
}

但是如果這個全局變量有很多地方在改寫，為了數據安全，勢必就到處開/關中斷，這樣做的壞處：

• 經常開關中斷，勢必影響中斷響應，會有概率丟失異步中斷處理(比如串口按字節接收中斷，可能就會漏收字節)，程序不健壯，工作不穩定。
• 到處訪問改寫，不易調試，群魔亂舞，代碼也不易維護。想加點東西，改點東西可能隨處都是坑，一不小心就掉坑里去了！
• 初學者甚至不會用struct將相關的數據包在一起，其結果是代碼里到處都是基本類型的全局變量。一些簡單的業務邏輯實現變成一個復雜的代碼，數據信息流向一團亂麻。

裸機程序策略

對于上面這樣一個應用場景，怎么解決這種混亂的現象呢。這里分享一下我的思路，這里將主要的串口以及測量模塊的設計思路用UML圖描述一下大體思路：

如此一來，外部就看不到全局變量了，只需要調用對應的set/get方法即可實現讀寫訪問，由于是裸機前后臺程序，數據流向就變的非常清晰了。main函數的主循環大致就可能是這樣：

void?main(void){
???/*模塊初始化*/
???init_uart();
???init_temperature();
???....
???
???while(1)
???{
???????interprete_uart();
???????/*可能是周期性調用*/
???????if(timer_100ms)
???????{
??????????timer_100ms?=?0;
??????????update_temperature();
???????}????????
?????????
???????....
???}???
}

那么uart協議解析要怎么做呢？

void?interprete_uart(void){
????if(rx_msg.flag)
????{
????????rx_msg.flag?=?false;
????????/*報文完整性檢查*/
????????...
????????????
????????/*設置溫度配置*/
????????set_upper_range(xxx);
????????set_lower_range(xxx);
????????set_unit(xxx);
????}
????
????if(tx_msg.flag)
????{
????????tx_msg.flag?=?false;
????????start_send();
????}
}

static?start_send(T_UART_MSG?*pMsg){
????/*負責底層操作，啟動中斷傳輸*/
}

/*提供應答數據接口*/
void?reply_temperature_setting(T_SENSOR?sensor){
????/*解析傳入參數并封裝應答報文*/
}

如此一來，數據流向將變得很清晰，串口接收到數據更新范圍配置時，也無需開關中斷了，從應用角度幾乎見不到全局變量。當然這樣做的代價就是會增加一些棧開銷。但是這種代價還是值得的。

對于測量模塊的set函數思路稍做說明：

int?set_upper_range(float?range){
????T_SENSOR?temp?=?temperature;
????temp.upper_range?=?range;
????/*實現范圍合理性檢查*/
????if(check_range(temp))
????{
????????/*兩個結構體變量可以直接賦值*/
????????temperature?=?temp;
????????return?0;
????}
????else
????{
???????return?-1;
????}
}

int?set_unit(E_UNIT?unit){
????if(unit>E_UNIT_F)
????????return?-1;
????adjust_range(&temperature,unit);
????temperature.unit?=?unit;????
}

上述代碼旨在分享個人的一些思路，其中或有不夠嚴謹的地方，但通過這樣的設計思路，應能大幅度遠離滿天飛的全局變量。

多任務/多線程環境

上面描述其實本質上描述了裸機程序里，普通模式運行程序與中斷服務程序對于臨界資源的競爭。事實上現在不管是單片機，還是處理器，大多都是基于一個操作系統進行應用開發。甚至還可能是多核芯片，這里就存在并發競爭訪問資源的問題。

臨界資源：各任務/線程采取互斥的方式，實現共享的資源稱作臨界資源。屬于臨界資源的硬件串口打印、顯示等,軟件有消息緩沖隊列、變量、數組、緩沖區等。多任務/線程間應采取互斥方式，從而實現對這種資源的共享。

多任務/多線程情況下在寫模塊時，只需要封裝進保護機制即可。常見的保護機制有關中斷、信號量、互斥鎖等。在Linux內核中為應對多核并發訪問還有自旋鎖機制。由于篇幅所限，本文就不做展開了，先挖個坑，以后有機會再分享吧。

總結一下

在前文介紹static文章的基礎上，相對更深入的介紹了為何需要隱藏屬性以及開放接口的做法。以及如何遠離邪惡的全局變量漫天飛舞的不良設計風格。

辛苦原創總結，如果覺得有價值也請幫忙點贊/在看/轉發支持，不勝感激！

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以上是生活随笔為你收集整理的为全局变量赋值_实例分析如何远离漫天飞舞的全局变量的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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