C の「静的初期化順序の失敗」(SIOF) とは何ですか?また、それを防ぐにはどうすればよいですか?

「静的初期化順序の大失敗」問題を理解する

C では、静的初期化には、プログラムの起動時にグローバル変数と静的変数を初期化することが含まれます。このプロセスは、「静的初期化順序の失敗」 (SIOF) として知られる予期しない動作を引き起こす可能性があります。

次のコード例を考えてみましょう:

// file1.cpp
extern int y;
int x = y + 1;

// file2.cpp
extern int x;
int y = x + 1;

この例では、変数 x と y異なるソース ファイルで宣言されています。コンパイルとリンクのプロセスを分析して、潜在的な問題を理解しましょう:

コンパイル:

1. file1.cpp をコンパイルするとき、コンパイラーは外部変数として y を検出します。そしてそれを未割り当てのままにします。次に、x にスペースを割り当てますが、初期化はしません。
2. file2.cpp では、コンパイラは同じプロセスに従い、x を未割り当てのままにし、初期化せずに y にスペースを割り当てます。

リンク中:

1. リンク中の順序はオブジェクト ファイル file1.o と file2.o がどちらにリンクされているかは指定されていません。

2. file2.o が最初にリンクされている場合、次のことが発生します:

   • x はゼロになります。
   • y は、ゼロで初期化された x を使用して動的に初期化され、y は次のようになります。 1.
   • 最後に、初期化された y を使用して x が動的に初期化され、x は 2 になります。

結果:

プログラムの動作は、オブジェクト ファイルがリンクされている順序によって異なります。 x と y の値はリンク順序に基づいて異なる可能性があるため、予期しない一貫性のない結果が生じる可能性があります。

標準の初期化順序:

C標準では、静的変数が初期化される順序は指定されていません。標準に従った初期化手順は次のとおりです。

1. すべての非ローカル オブジェクトをゼロ初期化します。
2. オブジェクト (x または y のいずれか) を動的に初期化します。このステップの順序は指定されていません。
3. 残りのオブジェクト (x または y のいずれか) を動的に初期化します。

上の例では、結果は x と y の両方がオブジェクト ファイルの順序に応じて、異なる値 (1 または 2) に初期化されます。

SIOF の防止:

SIOF を防止し、一貫した動作を確保するには、次のことをお勧めします。

• 静的ファイル間の循環依存関係を避ける変数。
• コンパイル時に既知の定数または式を使用して静的変数を初期化します。 time.
• static_assert ディレクティブを使用して、コンパイル中に静的依存関係が満たされていることを確認します。

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