在Windows上，使用link.exe和lld-link.exe，Clang/LLVM 7和8会多次初始化内联静态数据成员。

Question

在Windows环境下，Clang/LLVM 7和8对inline静态数据成员进行了一次TU初始化。就我理解的C++17而言，这是不正确的。

虽然inline变量可以在多个TU中定义，但编译器和/或链接器必须确保它在程序中只存在一次，因此仅被初始化一次。

以下小程序展示了Clang/LLVM的具体操作（在Visual Studio 2017和2019 RC中测试了LLVM Compiler Toolchain扩展）：

// header.h

#include <iostream>

struct A
{
  A()      { std::cout << "ctor " << this << std::endl; }
  ~A()     { std::cout << "dtor " << this << std::endl; }
  void f() { std::cout << "f " << this << std::endl;  }
};

struct S
{
  inline static A a; // C++17 inline variable, thus also a definition 
};

// TU1.cpp

->

// TU1.cpp

#include "header.h"

int main()
{
  S::a.f();
}

// TU2.cpp

#include "header.h"

#include "header.h"

// TU4.cpp

// TU4.cpp 是一个代码文件的文件名。

#include "header.h"

这个程序会输出：

ctor 010D4020
ctor 010D4020
ctor 010D4020
ctor 010D4020
f 010D4020
dtor 010D4020
dtor 010D4020
dtor 010D4020
dtor 010D4020

这意味着A类的唯一对象将有四个初始化（实际上是每个翻译单元一个），而不是像C++17要求的仅有一个。

程序应该输出：

ctor 010D4020
f 010D4020
dtor 010D4020

顺便说一下，这就是MSVC的作用。

这是clang/LLVM中的一个bug，对吧？

- x y

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你在使用Clang的哪些编译选项？ - Serge Ballesta

你之前提出的问题和现在这个问题有什么不同之处？ - xskxzr

@xskxzr 另一个问题涉及 lld-link.exe，而这个问题涉及 link.exe。 - x y

@SergeBallesta -Xclang -std=c++17 -Xclang -flto -Xclang -O3 - x y

去掉-flto和-O3都没有改变任何东西。因此，它不取决于这两个选项。-Xclang对于clang的cl.exe是必需的（我正在使用Visual Studio 2017），因为这些选项必须直接传递给clang。否则，它们将未被使用（在-O3的情况下）或混淆link.exe（在-flto的情况下）。 - x y

Answer 1

inline 关键字的主要特点是它以两种方式修改了 ODR 规则：

1. 允许多个定义（有一些限制）存在。

2. 生成的对象被“折叠”成单个实例：

   具有外部链接的内联函数或变量在所有翻译单位中地址相同。

C++17 中唯一的补充是它还允许将静态数据成员声明为定义。就是这样。

一个static数据成员仍然具有相同的外部链接（在您的情况下），存储期限和生命周期，对于所有实际目的，它的工作方式就像全局定义的变量一样。请参见[class.static.data]/6：

静态数据成员的初始化和销毁与非本地变量完全相同

这基本上意味着它应该与以下内容相同：

struct A
{
  A()      { std::cout << "ctor "; }
  ~A()     { std::cout << "dtor "; }
};

A a; // in one of the TU's

extern A a; // in all other TU's

结论：

这是Clang中的一个bug。静态变量S::a必须被初始化并且只能被销毁一次。

- rustyx

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谢谢，这正是我所怀疑的。我会在llvm.org上提交一个错误报告。 - x y

我在2018年6月报告了这个问题，针对的是6.0.0版本。但即使在全新的8.0.0版本中，这个问题仍然存在。有人知道为什么还没有修复吗？ - x y

Clang 13中是否仍存在该漏洞？我认为是的。 - MKFein

Answer 2

根据基于SVN r361807的当前快照构建，此错误已得到修复。

- x y