C++ 静态局部变量全局变量

C++ 中的静态局部变量与全局变量解析

原创已于 2022-10-20 13:07:43 修改 · 1.1k 阅读

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于 2022-01-05 18:54:54 首次发布

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本文详细介绍了C++中的静态局部变量和全局变量。静态局部变量在首次执行时初始化，后续调用不再初始化，并在程序结束时销毁，C++11起保证其线程安全。全局变量在main函数执行前初始化，可能存在异常安全和初始化顺序问题，应尽量避免使用非const全局变量。

Static local variable and Global variable

Static local variable

对于 static local variable ，在 control 首次经过其声明时才会被初始化（除非其初始化是零初始化或常量初始化，这可以在首次进入块前进行），在其后所有的调用中，声明均被跳过，在程序结束时其才会被销毁。

C++11起，static local variable 的初始化是线程安全的，C++11标准保证：如果多个线程试图同时初始化同一静态局部变量，则初始化严格只发生一次。见《C++ Concurrency in Action》Second Edition，Chapter 3.3.1，或者见 Static local variables - cppreference.com :

If multiple threads attempt to initialize the same static local variable concurrently, the initialization occurs exactly once.

static local variable 的一个应用便是C++11起的单例模式最佳实现：Singleton 。

Global variable

C++11标准仅保证 static local variable 的初始化是线程安全的，对于 static non-local variable 是未提及的，即对于具有静态存储期的非局部变量，如 global variable 和类的 static data member ，它们的初始化会作为程序启动的一部分在 main 函数的执行之前进行：简单的类型会在编译期进行初始化，如 constexpr 类型，复杂的类型则需要在运行期初始化，如复杂的类对象（初始化时需要调用构造函数）。在程序结束时它们才会被销毁。因为 static non-local variable 的初始化会作为程序启动的一部分在 main 函数的执行之前进行，所以，通常来说，static non-local variable 的初始化不存在多个线程竞争初始化的问题，但是却存在异常安全和 initialization order 的问题。此外，初始化完成后，在多线程环境下，程序在使用 non-const static non-local variable 时存在 data race 。所以，我们应该尽量避免使用 non-const global variable (non-const static non-local variable) 。

static non-local variable 的异常安全的问题，具体来说是：任何措施都无法捕获 static non-local variable 的构造和析构中抛出的异常。

static non-local variable 的 initialization order 的问题，具体来说是：在单个编译单元（translation unit）中，static non-local variable 的初始化始终严格以其定义出现于源代码中的顺序定序（销毁时以逆序销毁），但不同编译单元中的 static non-local variable 的初始化之间是顺序不确定的（同样，销毁顺序也是不确定的，但会是以初始化时的逆序销毁）。如果某编译单元内的某个 static non-local variable 的初始化动作使用了另一编译单元内的某个 static non-local variable ，它所用到的这个对象可能尚未被初始化，因为C++对“定义于不同编译单元内的 static non-local variable ”的初始化次序并无明确定义（同样，由于不确定的销毁顺序，可能会导致某个 static non-local variable 销毁时，其析构函数访问一个已经销毁的 static non-local variable ）。所谓编译单元（translation unit）是指产出单一目标文件（single object file）的那些源码，基本上它是单一 .cpp 文件加上其所含入的头文件（＃include files），见 C++11 Standard Draft 2.1 节中 translation unit 的定义。详见《Effective C++》Item4 和见：