c++ - 查找 C++ 静态初始化顺序问题

Question

我们在静态初始化命令 fiasco中遇到了一些问题，我正在寻找方法来梳理大量代码以查找可能出现的情况。关于如何有效地做到这一点的任何建议？

编辑：关于如何解决静态初始化顺序问题，我得到了一些很好的答案，但这不是我的问题。我想知道如何查找受此问题影响的对象。在这方面，埃文的回答似乎是迄今为止最好的；我不认为我们可以使用 valgrind，但我们可能有可以执行类似功能的内存分析工具。这只会在给定构建的初始化顺序错误的情况下发现问题，并且顺序可以随着每次构建而改变。也许有一个静态分析工具可以捕捉到这一点。我们的平台是在 AIX 上运行的 IBM XLC/C++ 编译器。

score 77 · Accepted Answer

解决初始化顺序：

首先，这只是一个临时的解决方法，因为你有全局变量，你试图摆脱但还没有时间（你最终会摆脱它们不是吗？:-)

class A
{
    public:
        // Get the global instance abc
        static A& getInstance_abc()  // return a reference
        {
            static A instance_abc;
            return instance_abc;
        }
};

这将保证它在首次使用时被初始化并在应用程序终止时被销毁。

多线程问题：

C++11确实保证这是线程安全的：

§6.7 [stmt.dcl] p4
如果在初始化变量时控制同时进入声明，则并发执行应等待初始化完成。

但是，C++03 并没有官方保证静态函数对象的构造是线程安全的。因此，从技术上讲，该getInstance_XXX()方法必须使用临界区加以保护。从好的方面来说，gcc 有一个显式补丁作为编译器的一部分，它保证每个静态函数对象即使在存在线程的情况下也只会被初始化一次。

请注意：不要使用双重检查锁定模式来尝试避免锁定成本。这在 C++03 中不起作用。

创建问题：

在创建时，没有问题，因为我们保证它是在使用之前创建的。

破坏问题：

在对象被销毁后访问对象存在潜在问题。仅当您从另一个全局变量的析构函数访问对象时才会发生这种情况（全局，我指的是任何非局部静态变量）。

解决方案是确保您强制执行破坏顺序。
请记住，破坏顺序与构造顺序完全相反。所以如果你在你的析构函数中访问对象，你必须保证这个对象没有被销毁。为此，您必须保证在构造调用对象之前完全构造对象。

class B
{
    public:
        static B& getInstance_Bglob;
        {
            static B instance_Bglob;
            return instance_Bglob;;
        }

        ~B()
        {
             A::getInstance_abc().doSomthing();
             // The object abc is accessed from the destructor.
             // Potential problem.
             // You must guarantee that abc is destroyed after this object.
             // To guarantee this you must make sure it is constructed first.
             // To do this just access the object from the constructor.
        }

        B()
        {
            A::getInstance_abc();
            // abc is now fully constructed.
            // This means it was constructed before this object.
            // This means it will be destroyed after this object.
            // This means it is safe to use from the destructor.
        }
};

score 32 · Accepted Answer

我只是写了一些代码来追踪这个问题。我们有一个大小合适的代码库（1000 多个文件），在 Windows/VC++ 2005 上运行良好，但在 Solaris/gcc 上启动时崩溃。我写了以下 .h 文件：

#ifndef FIASCO_H
#define FIASCO_H

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// [WS 2010-07-30] Detect the infamous "Static initialization order fiasco"
// email warrenstevens --> [initials]@[firstnamelastname].com 
// read --> http://www.parashift.com/c++-faq-lite/ctors.html#faq-10.12 if you haven't suffered
// To enable this feature --> define E-N-A-B-L-E-_-F-I-A-S-C-O-_-F-I-N-D-E-R, rebuild, and run
#define ENABLE_FIASCO_FINDER
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#ifdef ENABLE_FIASCO_FINDER

#include <iostream>
#include <fstream>

inline bool WriteFiasco(const std::string& fileName)
{
    static int counter = 0;
    ++counter;

    std::ofstream file;
    file.open("FiascoFinder.txt", std::ios::out | std::ios::app);
    file << "Starting to initialize file - number: [" << counter << "] filename: [" << fileName.c_str() << "]" << std::endl;
    file.flush();
    file.close();
    return true;
}

// [WS 2010-07-30] If you get a name collision on the following line, your usage is likely incorrect
#define FIASCO_FINDER static const bool g_psuedoUniqueName = WriteFiasco(__FILE__);

#else // ENABLE_FIASCO_FINDER
// do nothing
#define FIASCO_FINDER

#endif // ENABLE_FIASCO_FINDER

#endif //FIASCO_H

在解决方案中的每个.cpp 文件中，我添加了以下内容：

#include "PreCompiledHeader.h" // (which #include's the above file)
FIASCO_FINDER
#include "RegularIncludeOne.h"
#include "RegularIncludeTwo.h"

当你运行你的应用程序时，你会得到一个像这样的输出文件：

Starting to initialize file - number: [1] filename: [p:\\OneFile.cpp]
Starting to initialize file - number: [2] filename: [p:\\SecondFile.cpp]
Starting to initialize file - number: [3] filename: [p:\\ThirdFile.cpp]

如果您遇到崩溃，罪魁祸首应该在最后列出的 .cpp 文件中。至少，这会给你一个设置断点的好地方，因为这段代码应该是你要执行的代码的绝对第一个（之后你可以单步执行你的代码并查看所有正在初始化的全局变量） .

笔记：

将“FIASCO_FINDER”宏放在尽可能靠近文件顶部的位置很重要。如果您将它放在其他一些#includes 之下，则在识别您所在的文件之前，您可能会面临崩溃的风险。
如果您使用的是 Visual Studio 和预编译头文件，则可以使用“查找和替换”对话框快速将这个额外的宏行添加到所有.cpp 文件中，将现有的 #include "precompiledheader.h" 替换为相同的文本加上 FIASCO_FINDER 行（如果勾选“正则表达式，可以使用“\n”插入多行替换文本）

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根据您的编译器，您可以在构造函数初始化代码处放置断点。在 Visual C++ 中，这是_initterm函数，它被赋予了要调用的函数列表的开始和结束指针。

然后进入每个函数以获取文件和函数名称（假设您已使用调试信息进行编译）。获得名称后，退出函数（返回到_initterm）并继续直到_initterm退出。

这为您提供了所有静态初始化程序，而不仅仅是代码中的初始化程序 - 这是获取详尽列表的最简单方法。您可以过滤掉您无法控制的那些（例如第三方库中的那些）。

该理论适用于其他编译器，但函数的名称和调试器的功能可能会改变。

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也许使用 valgrind 来查找未初始化内存的使用情况。“静态初始化顺序失败”的最佳解决方案是使用静态函数，该函数返回对象的实例，如下所示：

class A {
public:
    static X &getStatic() { static X my_static; return my_static; }
};

这种访问静态对象的方法是调用 getStatic，这将保证它在第一次使用时被初始化。

如果您需要担心反初始化的顺序，请返回一个新的对象而不是静态分配的对象。

编辑：删除了多余的静态对象，我不知道为什么，但我在原始示例中混合并匹配了两种具有静态的方法。

score 5 · Accepted Answer

有一些代码基本上“初始化”了编译器生成的 C++。当时找到此代码/调用堆栈的一种简单方法是创建一个静态对象，该对象在构造函数中取消引用 NULL - 在调试器中中断并进行一些探索。MSVC 编译器设置了一个函数指针表，该表被迭代以进行静态初始化。您应该能够访问此表并确定程序中发生的所有静态初始化。

score 4 · Accepted Answer

我们在 静态初始化顺序惨败中遇到了一些问题， 我正在寻找方法来梳理 大量代码以查找 可能出现的情况。 关于如何有效地做到这一点的任何建议？

这不是一个微不足道的问题，但如果您的代码具有易于解析的中间格式表示，那么至少可以按照相当简单的步骤完成。

1) 找到所有具有非平凡构造函数的全局变量并将它们放在一个列表中。

2) 对于这些非平凡构造的对象中的每一个，生成由它们的构造函数调用的整个势函数树。

3) 遍历非平凡构造函数树，如果代码引用了任何其他非平凡构造的全局变量（在您在第一步生成的列表中非常方便），您就有潜在的早期静态初始化顺序问题。

4) 重复第 2 步和第 3 步，直到用完第 1 步中生成的列表。

注意：如果您有单个类的多个全局变量，您可以通过每个对象类只访问潜在功能树一次而不是每个全局实例一次来优化这一点。

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将所有全局对象替换为全局函数，这些函数返回对函数中声明为静态的对象的引用。这不是线程安全的，因此如果您的应用程序是多线程的，您可能需要一些技巧，例如 pthread_once 或全局锁。这将确保一切都在使用之前进行初始化。

现在，要么你的程序工作（哇！），要么它处于无限循环中，因为你有一个循环依赖（需要重新设计），或者你继续下一个错误。

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您需要做的第一件事是列出所有具有重要构造函数的静态对象。

鉴于此，您要么需要一次插入一个，要么只需将它们全部替换为单例模式对象。

单例模式受到很多批评，但懒惰的“按需”构造是解决现在和将来大多数问题的相当简单的方法。

老的...

MyObject myObject

新的...

MyObject &myObject()
{
  static MyObject myActualObject;
  return myActualObject;
}

当然，如果您的应用程序是多线程的，这可能会给您带来比一开始更多的问题......

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Gimpel Software (www.gimpel.com) 声称他们的 PC-Lint/FlexeLint 静态分析工具将检测到此类问题。

我对他们的工具有很好的经验，但在这个特定问题上没有，所以我不能保证他们会提供多少帮助。

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其中一些答案现在已经过时了。为了像我这样来自搜索引擎的人：

在 Linux 和其他地方，可以通过 Google 的AddressSanitizer找到这个问题的实例。

AddressSanitizer 从 3.1 版开始是 LLVM 的一部分，从 4.8 版开始是 GCC 的一部分

然后，您将执行以下操作：

$ g++ -fsanitize=address -g staticA.C staticB.C staticC.C -o static 
$ ASAN_OPTIONS=check_initialization_order=true:strict_init_order=true ./static 
=================================================================
==32208==ERROR: AddressSanitizer: initialization-order-fiasco on address ... at ...
    #0 0x400f96 in firstClass::getValue() staticC.C:13
    #1 0x400de1 in secondClass::secondClass() staticB.C:7
    ...

有关更多详细信息，请参见此处： https ://github.com/google/sanitizers/wiki/AddressSanitizerInitializationOrderFiasco

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如果您的项目在 Visual Studio 中（我已经在 VC++ Express 2005 和 Visual Studio 2008 Pro 中尝试过）：

打开班级视图（主菜单->视图->班级视图）
展开解决方案中的每个项目，然后单击“全局函数和变量”

这应该会为您提供一份体面的列表，列出所有受惨败影响的全局变量。

最后，更好的方法是尝试从项目中删除这些对象（有时说起来容易做起来难）。

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其他答案是正确的，我只是想补充一点，对象的 getter 应该在 .cpp 文件中实现，它不应该是静态的。如果您在头文件中实现它，则该对象将在您从中调用它的每个库/框架中创建......

c++ - 查找 C++ 静态初始化顺序问题

12 回答 12

解决初始化顺序：

多线程问题：

创建问题：

破坏问题：

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