静态变量的动态初始化阶段答案

【问题标题】：Dynamic initialization phase of static variables静态变量的动态初始化阶段
【发布时间】：2011-06-16 12:45:34
【问题描述】：

该标准明确指出，静态持续时间变量（命名空间范围和类静态成员）的动态初始化不必在 main 执行之前发生： “命名空间范围对象的动态初始化（8.5、9.4、12.1、12.6.1）是否在main的第一条语句之前完成是实现定义的。”是 3.6.2(3) 这不是[总是？] 实现动态初始化的方式吗？有什么更好/更简单的方法来保证对象在使用前被初始化？

【问题讨论】：

你在哪里读到的？我不确定这是真的。你可能会想到“静态初始化顺序惨败”（parashift.com/c++-faq-lite/ctors.html#faq-10.14），但这与main()无关。
查看我的编辑：IS 3.6.2(3)
我不知道 C++ 标准是怎么说的，但至少在 C 中，静态初始化的“方式和时间”是未指定的行为。唯一的要求是在程序启动之前设置它们。在托管环境中，这意味着必须在调用 main() 之前初始化它们。
C 没有静态持续时间变量和常量的动态初始化阶段。初始化程序必须是编译时常量。

标签： c++

【解决方案1】：

您的问题的答案在您引用的那句话之后的下一句（在 ISO/IEC 14882-2003 的 3.6.2 中）。

是否由实现定义或不动态初始化 (8.5, 9.4, 12.1, 12.6.1) 的对象命名空间范围在 main 的第一个语句。如果初始化被推迟到一些第一个之后的时间点主要声明，它会发生在第一次使用任何功能之前或在同一个中定义的对象翻译单元作为对象已初始化。

显然，要确保某些变量 X 已初始化，您只需在函数 main 中（直接或间接）使用与变量 X 相同的翻译单元中定义的任何函数或变量（例如，如果您直接或间接在函数main中使用X，那么你可以确定它已经被初始化了）。

编辑：

如果除了保证您使用的变量已经初始化（它总是 - 正如上面引用的标准文本所保证的那样）之外，您还想知道为什么标准包含在main之后初始化可能延迟的规定执行开始。

我的意思是，如果问题也是：为什么不要求在main 开始之前执行所有初始化？

这绝对不是关于 动态链接 库 - 在启动 main 之前初始化所有对象没有问题。这也与 动态加载 库无关 (LoadLibrary/dlopen) - 它们显然不在 C++ 标准的范围内（例如，它们不受单一定义规则的约束，通常它们甚至可能不是 C++）。

理论上，此规定允许延迟初始化以避免不必要的运行时开销 - 例如除非您实际使用来自特定翻译单元（C++ 源文件）的某些函数或对象，否则您不必执行其运行时初始化。但实际上任何实现都不太可能在运行时进行延迟初始化 - 多线程同步对于这种初始化具有挑战性，并且本身就是运行时开销。

但是每个实现实际所做的只是链接那些实际使用的模块（翻译单元）。因此，即使您链接到一些包含一些动态初始化对象的静态库（可能具有副作用 - 如文件创建或用户交互）但不使用来自同一翻译单元的任何内容 - 实现没有义务运行该对象的初始化一点也不。因此，此规定允许避免在最终可执行文件中包含任何未使用的翻译单元 - 即使它们正式成为程序的一部分。

【讨论】：

【解决方案2】：

我相信这里的目的是允许动态加载库。

库中定义的静态变量不保证在 main 之前初始化，但必须在使用特定库中的任何内容之前发生。

【讨论】：

现在那是有道理的。谢谢。
@John 实际上这并没有多大意义。动态链接库在执行开始之前被加载和初始化（所以在main之前）。除非库被显式加载——比如LoadLibrary（winapi）或dlopen（POSIX）——但是这超出了C++标准的范围（从显式加载的库不受ODR等事实可以看出） - 因为它们并没有真正成为进程中全局可用名称空间的一部分 - 它们的符号也必须显式查询）。查看我的答案最新修订。

【解决方案3】：

这不是一个直接的答案，但为了比较，了解类似的语言 (Ada) 如何处理同样的情况可能会很有趣。

在 Ada 包中（大致相当于命名空间）可以包含初始化数据，这些数据实际上与程序具有相同的生命周期，很像 Cish 静态（为简单起见，我们将忽略通用包，类似于模板可以在较低范围内创建）。进行这些初始化的过程称为“精化”。

Ada 保证所有包都将在主程序开始时详细说明。但是，如果另一个包尚未详细说明，则很有可能创建将无法工作的“详细说明”代码。通常，编译器可以选择详细说明顺序。因此，除非编译器碰巧选择了您需要的顺序，否则编写无法工作的代码被视为“有界错误”。

显然这并不理想，因为通常希望在其他包中使用非内置数据类型，有时这将包括一些需要详细说明的初始化。所以 Ada 提供了一些pragmas 允许你在当前包之前要求编译器详细说明你的部分或全部依赖项。

它并不完美。编写确实没有有效的详细说明顺序的代码是很可能的。如果你这样做（或者没有得到正确的编译指示并且编译器也无法弄清楚），你会得到一个Program_Error 在细化过程中引发的异常。一些调试器在单步执行细化代码时遇到问题，因此这些错误可能是要追踪的主要 PITA。尽管如此，我真的很想念 C++ 中的这个功能。如果您小心的话，能够在“静态”声明中使用复杂对象与必须完全避免它们之间存在区别。

【讨论】：

【解决方案4】：

静态持续时间变量（命名空间范围和类静态成员）的动态初始化总是发生在 main 执行之前。
未定义这些静态持续时间变量的初始化顺序。

【讨论】：

好了，订单的某些部分已经定义好了。特别是，一个特定翻译单元中的静态变量按声明顺序初始化。
请注意我对问题的编辑。 3.6.2(3) 说它不必在 main 执行之前发生。
“静态持续时间变量（命名空间范围和类静态成员）的动态初始化总是发生在 main 执行之前。”在大多数实现中。但不标准保证。
@Oli: "一个特定翻译单元中的静态变量按声明顺序初始化" 按照定义的顺序（可能有多个声明）。