全局常量的外部链接何时可以安全地避免静态初始化顺序问题？

Question

考虑以下例子：

• tt.h声明了一个具有外部链接的全局常量extern int g_TRAGIC;

• tt.cpp将g_TRAGIC定义为const int g_TRAGIC = 0xF001;

• my.cpp想要使用它来定义自己的全局常量const int g_MAGIC = g_TRAGIC;

阅读iso-FAQ时，我会认为这会导致静态初始化顺序混乱（SIOF）。然而，iso-FAQ中指出：

在某些情况下，静态初始化顺序混乱也可能适用于内置/固有类型。

这里的“某些”情况是什么意思？在哪些条件下我们可以避免内置/固有类型的SIOF，特别是常量？或者对于所有具有外部链接的常量都必须使用COFU（Construct On First Use Idiom）？

注意：在真实代码中，我无法更改g_TRAGIC的定义。

- Lothar

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你不能只在头文件中定义 g_TRAGIC 吗？C++是允许这样做的，这样可以避免初始化顺序混乱的问题。 - pcarter

好的观点。从理论上讲，是的，但实际上那段代码超出了我的控制范围。 - Lothar

当模块成为标准C++时，您将会更加安全。 - edmz

有没有任何理由保留 g_MAGIC 这个变量？ - user207421

是的，g_MAGIC 是我们提供的接口的一部分。g_TRAGIC 是我无法控制的实现细节。 - Lothar

假定“某些情况”只是指存在问题的情况。您在帖子中描述了其中一种情况。不会出现问题的情况是两个常量都定义在同一个单位中。 - M.M

Answer 1

编译器可以生成不同类型的代码。

静态初始化数据段

编译器将名称和初始值发射到数据部分中。

.data
   dw myData   6

这是在编译时初始化的，并且在程序的整个生命周期内都有安全定义。

构造数据

另一种选择是让编译器为变量保留一些空间，并创建一个数据的初始化程序/构造函数，然后在main之前调用构造函数。如果需要，则在atexit中执行析构函数。

 class CriticalSection {
      CRITICAL_SECTION m_myCS;
      public:
         CriticalSection() {
              InitializeCriticalSection( &m_myCS );
         }
         ~CriticalSection() {
              DeleteCriticalSection( & m_myCS );
         }
 } cs;

合并

有些数据可能会在两个阶段都执行。

 struct Data {
     bool initialized;
     void *(*pMalloc)( size_t size );
 }  FixMalloc = { true, MyMalloc };

我曾见过编译器（VS2013）生成代码，该代码会在静态数据中将initialized初始化为true，但会在运行时创建一个函数将pMalloc分配给MyMalloc。（这是因为没有已知的常量MyMalloc。）

单例方法

 SomeClass * GetSomeClass()
 {
     static SomeClass cls;
     return &cls;
 }

这是一个定义顺序的函数 - 当它被调用时，但需要完全支持C++11编译器才能保证线程安全。

概要

保证如下：

1. 同一编译单元中的静态变量从上到下进行初始化。
2. 静态变量单线程进行初始化。
3. 单例模式具有定义的构造顺序。但不一定线程安全。

不保证如下：

1. 对象的所有内容同时初始化。
2. 静态初始化有工作运行时。

在 main 函数被调用之前，您的静态变量和 C/C++ 运行时正在引导。构造顺序问题也会发生在代码和运行时之间，因此您可能会构造某些具有复杂构造函数的项目，这些构造函数依赖于无法使用的服务。

- mksteve

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在重新阅读了您的回答和C++ FAQ之后，我得出以下结论：

有时/经常情况下，编译器可以正常初始化内置/固有类型，即使其他类型不能。

这取决于编译器，您不应该依赖于此。

在C ++中定义常量是一种习惯。

我会接受您的答案，指出“组合”情况给出了一个很好的线索。 - Lothar

Answer 2

进一步阅读ISO-FAQ，我们得到了答案。

如果您尝试使用常量函数的返回值来初始化内置/固有类型，则会发生SIOF。

const int g_MAGIC = f(g_TRAGIC);

- Dmitrii Bulashevich