如何处理静态存储持续时间警告？

Question

我是一个试图从书中学习 C++ 的新手。下面的代码按预期工作并产生输出，但在定义engine 和randomInt 的两行中有警告：“使用静态存储持续时间初始化'engine'可能会引发无法捕获的异常。”

如果我将第 7 行和第 8 行放在 main() 中，警告就会完全消失，但 getNumber 将无法使用 engine 和 randomInt。

我不知道如何修复这些警告。另外，也许更重要的是，在main() 之外的各个地方使用randomInt 的正确方法是什么？在main() 中声明它然后根据需要将其传递给函数是否合适？不知何故，main() 感觉不适合声明这些类型的事情。

我之前问过一个与此类似的问题，但我仍然难以理解，并提供了一个希望有用的示例。

// Loosely based on Fig. 6.12: fig06_12.cpp, C++ How To Program, Ninth Edition

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <random>

std::default_random_engine engine( static_cast<unsigned int>( time(nullptr) ) );
std::uniform_int_distribution<unsigned int> randomInt( 1, 6 );

int getNumber();

int main() {
    for ( unsigned int counter = 1; counter <= 10; ++counter ) {
        std::cout << std::setw( 10 ) << randomInt( engine );
        if ( counter % 5 == 0 )
            std::cout << std::endl;
    }
    std::cout << getNumber() << std::endl;
    return 0;
}

int getNumber () {
    return randomInt( engine );
}

输出：

/CLionProjects/Warning/cmake-build-debug/Warning
         3         5         6         3         3
         1         4         2         4         5
2

Process finished with exit code 0

Answer 1

延迟初始化全局变量（例如您正在使用的变量）的一种方法是将它们包装在get-functions 中。

std::default_random_engine& getEngine()
{
   // Initialized upon first call to the function.
   static std::default_random_engine engine(static_cast<unsigned int>(time(nullptr)));
   return engine;
}

std::uniform_int_distribution<unsigned int>& getRandomInt()
{ 
   // Initialized upon first call to the function.
   static std::uniform_int_distribution<unsigned int> randomInt(1, 6);
   return randomInt;
}

然后使用getEngine()和getRandomInt()而不是直接使用变量。

Answer 2

使用全局变量是有问题的，除非绝对必要，否则避免使用它们是常识。详情见：

Are global variables bad?

您的问题标题还涉及非全局范围的静态存储持续时间变量（例如函数的静态局部变量）；这些问题较少，但也会让您有些头疼，尤其是在多线程工作中。

底线：最好让你的函数只依赖于它们的参数，并且尽可能少地产生副作用。让我们用你的getNumber() 函数来做这件事：

template <typename Distribution>
typename Distribution::result_type getNumber (
    std::default_random_engine&  random_engine,
    Distribution&                distribution) 
{
    return distribution( random_engine );
}

int main()
{
    std::default_random_engine engine( static_cast<unsigned int>( time(nullptr) ) );
    std::uniform_int_distribution<unsigned int> randomInt( 1, 6 );

    for ( unsigned int counter = 1; counter <= 10; ++counter ) {
        std::cout << std::setw( 10 ) << randomInt( engine );
        if ( counter % 5 == 0 )
            std::cout << std::endl;
    }
    std::cout << getNumber( engine, randomInt ) << std::endl;
    return 0;
}

Answer 3

我同意其他关于全局对象有问题的答案。

但是，您的问题具体是关于全局变量的初始化可能引发异常，反过来，没有 C++ 范围可以捕获此异常（据我所知）。 （此警告是 cert-err58-cpp 中的 clang-tidy 静态分析器。）

根据我的经验，另一个鲜为人知的解决方案是，如果您可以控制用作全局的类的构造函数，则使构造函数被调用 noexcept。

我认为它有一些优点：

首先，这迫使您思考是否可以避免执行可能失败的操作（例如分配或打开文件）

struct TypeUsedAsGlobal {
    explicit TypeUsedAsGlobal(int n) noexcept {
        ... // body of the constructor that cannot fail
    } catch(...) {}
...
};

其次，如果您无法避免它们，它将迫使您在构造函数本身中处理错误。

struct TypeUsedAsGlobal {
    explicit TypeUsedAsGlobal(int n) noexcept try : m_{n} {
        ... // body that can fail
    } catch(...) {
        ... // handle the error
        ... // cleanup as much as you can
        ... // print a message, and most likely std::terminate
    }
...
};

（我认为try/catch 的范围可以更小）。

考虑到所有因素，这还不错，特别是如果该类型仅用于全局对象（不在范围内），因为好吧，如果全局对象（希望）是整个程序的基础，你能做什么不能一开始就建吗？ （例如，因为文件不存在，或者全局对象所代表的资源并不真正存在或不足以满足程序的逻辑。）

相对于带有static 变量的函数，这种方法的好处是您的程序会立即失败，而不是在一小时后第一次使用全局对象后失败。 当然，目前还不清楚一般一种方法是否优于另一种方法，这取决于。

---

最后一点：拥有一个全局随机数生成器是个坏主意。 生成器应在需要或传递时创建。 从不同线程调用随机数生成器/分布是不安全的，但更重要的（数学上）原因是您必须非常小心地控制生成器的生命周期和状态。

除了你正在使用的这本书的作者之外，没有其他人可以责备他们，因为他们的不良做法而臭名昭著。

在此处查看更好的替代方案The Definitive C++ Book Guide and List