芯耀
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我是老温，一名热爱学习的嵌入式工程师，关注我，一起变得更加优秀！
在嵌入式软件开发领域，全局变量由于用起来比较顺手，并且不用来回传参就可以实现跨函数（跨文件）调用，成为了很多嵌入式软件初学者刚刚入门的“心头好”。（全局变量用起来实在太爽了！）
尤其是遇到硬件资源紧张，需要赶项目进度的时候，使用全局变量简直是一种捷径，可以帮助我们快速完成业务逻辑开发，少写很多代码。
但是，随着项目规模越来越大，代码业务逻辑越来越复杂，“全局变量满天飞”这种做法的各个弊端就会慢慢显现，拖慢开发效率，还会给软件稳定性和后续维护增加不少麻烦。
接下来，我们来聊一下，在嵌入式软件里面滥用全局变量，有哪些弊端。
一、破坏代码封装，读起来费劲
嵌入式软件代码大多数都是围绕着硬件驱动、任务调动、数据交互而运转，好的模块封装就像给不同的功能划分了专属区域，让各个模块之间各司其职，互不干扰。
但是，全局变量偏偏就会打破这种“边界感”，让模块里面的数据可以被程序在任何地方进行随便读取和修改，造成了“牵一发而动全身”的纠缠局面。
工程师想要摸清一个全局变量的调用情况，就必须逐行查找所有调用过它的函数，不仅消耗大量的脑细胞，还容易漏掉关键的业务逻辑判断。
二、代码维护麻烦，难以扩展
嵌入式软件通常都是针对特定的硬件而设计，有时候还需要添加新的功能或者适配新的硬件接口，一旦全局变量用多了，模块间的依赖关系就会变得一团乱麻，改一个变量，就会连同其他模块也出现问题。
比如说，在团队合作开发的时候，如果全局变量没有什么访问限制，好几个团队成员都可以同时修改同一个全局变量，如果沟通不到位，就会很容易出现冲突，这样在合并代码和排查问题的时候，会耗费不少时间。
三、RTOS并发安全问题
某些嵌入式系统会用到RTOS进行多任务调度（比如FreeRTOS、RT-Thread），多个任务之间有可能同时去读取或修改同一个全局变量，但操作全局变量并不是“一步到位”的，任务切换会很容易出现数据争抢的情况出现。
举个例子，比如在工业控制器里面，任务A负责实时采集传感器数据并更新全局变量g_sensor_data，而任务B负责读取这个数据并执行对应的操作。
假如任务A还没有改完变量就被任务B抢占打断，而任务B读取到的不是传感器的最新数值，就很有可能发出错误的控制命令，让设备产生故障。
就算是没有采用RTOS开发，采用单片机裸机开发的时候，中断服务函数和主函数如果共用一个全局变量，主函数也有可能会被中断打断操作，从而导致数据出错。
四、浪费单片机内存
单片机的内存空间（RAM和ROM）本来就很吃紧，大多数8位或16位的单片机芯片，RAM容量可能就几十KB，全局变量在定义的时候就会一直占用内存空间，直到程序停止运行才会释放出来。
如果全局变量应用得太多，内存的利用率就会大大降低，严重的时候还会出现栈溢出或者内存泄漏的问题。
而且，全局变量分散存储会破坏内存空间的连续性，让CPU读取内存更加耗费时间，影响系统的实时响应速度，如果在汽车电子、医疗设备这些对实时性要求极高的场景里面，还有可能引发严重的安全事故。
五、增加测试难度，可靠性打折
嵌入式软件在完成开发之后，通常要经过单元测试、集成测试、系统测试、可靠性测试，等多个环节，而在软件里面大量使用全局变量，会让单元测试很难独立开展。
模块单元测试的核心就是，把每个模块单独隔离开来，然后通过各种测试用例验证单个函数或者模块是否可靠，但如果模块之间使用了全局变量，就会让模块依赖外部数据，根本没有办法搭建纯净的开发环境。
比如，要测试一个依赖全局变量“g_config_param”的函数，需要先手动初始化这个变量，如果这个全局变量被其他测试用例修改了，测试结果就会变得不准确。
更加麻烦的是，全局变量引发的问题通常都很隐蔽，在进行单任务测试的时候可能根本复现不了，只有在多任务同时运行和特定时序下才会暴露出来，排查和修复起来特别棘手，从而影响软件的整体可靠性。
六、总结
虽然全局变量有以上的弊端，但也不是说完全不能使用全局变量，关键还是要工程师在编程的时候进行合理管控。分享以下几个全局变量优化的方法：
1、做好模块化划分和封装，把模块数据和操作数据的函数捆绑在一起，只能通过特定的接口进行模块数据访问，不允许对数据进行直接操作。
2、可以在模块内部使用局部变量，必要时可以通过函数传参的方式进行数据传递，减少模块与模块之间的耦合和依赖。
3、使用静态变量代替部分全局变量，把静态变量的作用域限制在当前的文件或模块内部，不让整个程序都能访问。
4、在多任务的场景下，可以使用互斥锁/信号量这些同步工具，对共享数据进行保护，避免多任务直接对数据进行抢夺使用。
总的来说，全局变量使用起来虽然简单直接方便快捷，但也藏着不少容易被忽略的隐患在里面，尤其是嵌入式软件对稳定性、实时性、可维护性的要求极高，滥用全局变量只会给软件项目埋下长期隐患。
建议嵌入式软件工程师养成“少用全局变量，合理控制变量使用范围”的编程习惯，通过科学的模块化设计和规范的编码方式，让嵌入式软件更加稳定、更好维护，从而保障设备长期正常运行。
