局部静态变量是如何做到只初始化一次的?
关于编译选项 -Wa,-adlhn参考
http://blog.csdn.net/lanxinju/article/details/5900986
以下内容来自于内网别的高人的回复
可以写个程序测试一下:
12345678910111213141516171819 | class A { public : A() {} public : int a; }; int static_var_func() { static A a; return a.a++; } int main( int argc, char * argv[]) { static_var_func(); return 0; } |
看看汇编
1 | g++ |
结果:
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546 | 10:yy.cpp int static_var_func() 35 36 37 38 39 40 11:yy.cpp 12:yy.cpp static A a; 41 42 42 43 44 45 46 46 47 47 48 49 50 51 52 52 53 53 54 54 55 55 56 13:yy.cpp return a.a++; 57 58 58 59 60 61 61 62 63 14:yy.cpp 64 65 66 |
亮点就在__cxa_guard_acquire和__cxa_guard_release上,这两个函数实现于libstdc++。大意是一个全局的mutex和一个cond来保护一个锁变量(_ZGVZ15static_var_funcvE1a),锁变量再来保护目标变量(_ZZ15static_var_funcvE1a)。锁变量的第一个字节(也就是%al)表示目标变量是否被初始化过了,第二个字节表示目标变量是否在初始化中。__cxa_guard_acquire的时候将锁变量的第二个字节置1,表示初始化中;如果已经为1了,就等待它变0(通过全局cond)再返回(保证初始化结束)。__cxa_guard_release的时候清除第二个字节,再将第一个字节置1。
简单地说,g++在变量初始化的前后,自动加了锁保护代码。
另外还有一种可能的情况,变量初始化的时候,如果存在自引用,可能会循环初始化产生死锁。g++对这种情况也有考虑。
http://www.dutor.net/index.php/2013/06/initialization-of-local-static-variables/
不必说静态变量和普通变量的区别,也不必说静态变量及其作用域的得与失,单单说一下函数作用域的静态变量是如何初始化的。
1 |
int foo() |
在 foo() 第一次被调用时,foo()::s 只初始化一次(C 中,静态变量只允许以常量初始化)。“只初始化一次”是如何保证的呢?当然需要编译器维护一个状态,来标识该变量是否已被初始化,并安插代码,在每一次函数被调用时进行判断。咱们通过汇编验证一把:
1 |
.globl _Z3foov |
寄存器、指令和标号不提,其他符号是什么含义呢?通过 c++filt 进行 demangling,_ZGVZ3foovE1n 标识 ‘guard variable for foo()::n’,作为前面提到的“初始化状态标识”用(低字节),_ZZ3foovE1n 标识 ‘foo()::n’,_Z4initv 即 init()。
那 __cxa_guard_acquire 和 __cxa_guard_release 呢?故名思议,这两个函数具有锁语义。为什么需要锁呢?当然是基于静态变量的线程安全考虑了。静态变量的状态变化属于业务逻辑,编译器管不着也管不了,但静态变量的初始化过程由编译器负责,在初始化线程安全的问题上还是可以出把力的。
分析上述汇编代码。首先获取 guard 变量,判断低字节是否为 0,若非零,表示已经初始化,可以直接使用。否则,将 guard 作为参数调用 __cxa_guard_acquire,如果锁成功,调用 init() 初始化静态变量 foo()::n,然后释放锁。如果锁失败,说明产生竞态条件,则会阻塞当前线程,不同于普通锁的地方在于,__cxa_guard_acquire 是有返回值的(当然 pthread_lock 也有返回值,但用途不同),如果发生了等待,__cxa_guard_acquire 返回 0,并不会进入 foo()::n 的初始化过程(其他线程已经初始化过了,初始化失败的情况就不细究了)。
为了验证上述分析,可以将 init() 实现成一个耗时的操作,令多个线程“同时”调用 foo(),然后查看各个线程的运行状态。
利用该机制,可以很好的实现所谓 Singleton 模式:
1 |
Singleton* Singleton::GetInstance() |
对于单线程程序,静态变量的保护是没有必要的,g++ 的 -fno-threadsafe-statics 选项可以禁掉该机制。