C++ 全局初始化顺序忽略依赖关系？

Question

我认为我的问题最好用代码来描述：

#include <stdio.h>

struct Foo;

extern Foo globalFoo;

struct Foo {
    Foo() {
        printf("Foo::Foo()\n");
    }

    void add() {
        printf("Foo::add()\n");
    }

    static int addToGlobal() {
        printf("Foo::addToGlobal() START\n");

        globalFoo.add();

        printf("Foo::addToGlobal() END\n");

        return 0;
    }
};

Foo globalFoo;

int dummy = Foo::addToGlobal();

int main() {
    printf("main()\n");

    return 0;
}

以上打印（使用 gcc 4.4.3）：

Foo::Foo()
Foo::addToGlobal() START
Foo::add()
Foo::addToGlobal() END
main()

这是我所期望的，并且看起来合乎逻辑。

但是，当我交换以下行时：

Foo globalFoo;
int dummy = Foo::addToGlobal();

进入这个：

int dummy = Foo::addToGlobal();
Foo globalFoo;

程序输出以下内容：

Foo::addToGlobal() START
Foo::add()
Foo::addToGlobal() END
Foo::Foo()
main()

似乎Foo 的实例方法正在使用尚未构造的实例调用！像在全局范围内移动变量声明这样简单的事情正在影响程序的行为，这让我相信（1）未定义全局变量的初始化顺序和（2）全局变量的初始化顺序忽略所有依赖项。它是否正确？是否可以确保在初始化dummy之前调用Foo的构造函数？

我要解决的问题是静态填充项目存储库（Foo 的静态实例）。在我当前的尝试中，我正在使用一个宏（除其他外）创建一个全局变量（在匿名命名空间中以避免名称冲突），其初始化会触发静态初始化。也许我从错误的角度解决了我的问题？有更好的选择吗？谢谢。

Answer 1

(1)未定义全局变量的初始化顺序

全局变量在单个翻译单元中（源文件）按照它们的定义顺序进行初始化。

未指定不同翻译单元中全局变量的初始化顺序。

(2) 全局变量的初始化顺序忽略所有依赖

没错。

是否可以确保 Foo 的构造函数在初始化 dummy 之前被调用？

是的，如果globalFoo 定义在之前 dummy 并且它们在同一个翻译单元中。

一种选择是有一个指向全局实例的静态指针；在进行任何动态初始化之前，此类指针将被初始化为 null； addToGlobal 然后可以测试指针是否为空；如果是，那么这是第一次使用全局，addToGlobal 可以创建全局 Foo。

Answer 2

按初始化顺序，阅读答案here。

关于如何解决初始化问题，您可以将全局推送为函数中的静态局部变量。有标准保证静态局部变量将在第一次调用函数时被初始化：

class Foo {
public:
   static Foo& singleton() {
      static Foo instance;
      return instance;
   }
};

然后您的其他全局变量将访问该变量：

Foo::singleton().add();

请注意，这通常被认为不是一个好的设计，而且即使这样解决了初始化问题，也没有解决终结的顺序，所以你应该注意不要在单例被销毁后访问它.

Answer 3

你说得对，翻译单元之间的全局变量初始化是未定义的。使用singleton pattern 可以解决此问题。但是，请注意，这种设计模式经常被滥用。另请注意，如果您在析构函数中有依赖关系，全局变量的顺序或销毁也是未定义的。

Answer 4

为全局变量提供正确初始化顺序的最可靠方法...

1) 初始化顺序取决于传递给链接器的目标文件顺序。直接或反向 - 没关系。您可以创建测试应用程序来检测它。

2) 使用适当的实用程序（例如nm）来发现每个包含全局变量的目标文件的导入和导出。

3) 构建依赖关系图，对目标文件进行排序并构建正确链接所需的顺序。如果存在，请手动解决循环。

我在 Linux 上的 makefile 中使用了这样的过程。它有效...

Answer 5

C++ 缺少像Ada's pragma elaborate 这样的东西，所以你不能对将发生的顺序初始化做出任何假设。抱歉。这很糟糕，但这就是设计。

Answer 6

让静态全局变量成为一个初始化为 nullptr 的指针怎么样？然后在另一个全局对象尝试使用该对象之前，检查它的创建并在需要时创建。这对我创建类创建者的全局注册表很有用，可以在其中添加新类而无需更改处理注册表的文件。 即

class Factory {
   static map<string, Creator*>* theTable;
   static void register1(const string& string, Creator* creator);
...
};
...
map<string, Creator*>* Factory::theTable= nullptr;
void Factory::register1(const string& theName, Creator* creator) {   
    if (!theTable) theTable=new map<string, Creator*>;
    (*theTable)[theName]=creator;
}

这在 Visual Studio 2015 中编译并使用 VC++。

在此之前我曾尝试过使用

class Factory {
    public:
      static map<string, Creator*>  theTable;
      static map<string, Creator*>& getTable();
      static void register1(const string& string, Creator* creator);
}
map<string, Creator*>  Factory::theTable;
map<string, Creator*>& Factory::getTable() {
   return theTable;
}
void Factory::register1(const string& theString, Creator* creator) {
   getTable()[theString]=creator; // fails if executed before theTable is created

}

但在尝试将条目插入映射之前未创建表时，我仍然会抛出异常，如果类的注册是在工厂逻辑的单独编译单元中处理的，则可能会发生这种情况。

Answer 7

单个翻译单元（源文件）中的全局变量按照它们的定义顺序进行初始化。

在此规则中添加注释很重要，即仅声明不定义顺序：

extern Foo globalFoo; // or just a ref that is defined at a single place
extern Foo & globalFooRef;

或作为静态成员

struct Global
{
    static Foo globalFoo; // or just a ref that is defined at a single place
    static Foo & globalFooRef; 
};