全局变量非常量初始化执行时机及ARM汇编代码解析

问题核心 #

全局变量的非常量初始化代码何时、如何执行？以如下代码为例，变量c的计算是在main执行前完成，还是当main中执行到ldr r0, [r3]时才触发初始化？

C++代码示例 #

#include <cstdio>

int a = 2;
int b = 5;
int c = a * b;

int main() {    
    return c;
}

对应ARM裸机汇编代码 #

main:
  ldr r3, .L3
  ldr r0, [r3]
  bx lr
.L3:
  .word .LANCHOR0
_GLOBAL__sub_I_a:
  ldr r2, .L6
  ldr r3, [r2]
  ldr r2, [r2, #4]
  mul r3, r2, r3
  ldr r1, .L6+4
  str r3, [r1]
  bx lr
.L6:
  .word .LANCHOR1
  .word .LANCHOR0
a:
  .word 2
b:
  .word 5
c:

汇编代码解析与执行时机说明 #

1. 关键符号与函数作用 #

• a:、b:：全局变量的存储位置，分别预存常量值2和5；c:是预留的内存位置，初始无值。
• _GLOBAL__sub_I_a：编译器自动生成的全局初始化函数，负责计算a*b并赋值给c：
  • .L6存储了两个地址：.LANCHOR1对应a的起始地址，.LANCHOR0对应c的起始地址。
  • 函数内先加载a的值，再通过a的地址+4（ARM中int占4字节）读取b的值，相乘后将结果写入c的内存位置。

2. 执行时机 #

在ARM裸机环境中，这类全局初始化函数会被编译器放入专门的初始化段（如.init_array）。程序启动时，进入main函数之前，系统启动代码（如crt0.s）会遍历该段中的所有函数指针，依次调用这些初始化函数。也就是说，_GLOBAL__sub_I_a会在main执行前就完成c的计算与赋值。

main函数中的逻辑只是直接读取c的内存值返回，并不会触发初始化函数的调用：

• .L3中存储的是c的地址，ldr r3, .L3加载c的地址到r3寄存器；
• ldr r0, [r3]直接从c的内存位置读取已经计算好的值，最后返回该值。

3. 汇编阅读要点 #

• 锚点符号（.LANCHOR0、.LANCHOR1）是编译器用来标记变量地址的辅助符号，对应全局变量的内存起始位置；
• .word伪指令用于在内存中存储地址或常量值；
• ldr指令用于从内存加载数据到寄存器，str指令用于将寄存器数据写入内存；
• bx lr是ARM中返回调用者的指令，lr寄存器存储了函数调用的返回地址。

结论 #

变量c的计算是在main函数执行前就完成的，main中的代码仅读取已初始化好的c值，不会触发初始化逻辑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者DEKKER