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  • 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: 

    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

    g++ -c -g -Wa,-adlhn yy.cpp

    结果: 

      10:yy.cpp        **** int static_var_func()
      35                            .loc 1 10 0
      36 0000 55                    pushq   %rbp
      37                    .LCFI2:
      38 0001 4889E5                movq    %rsp, %rbp
      39                    .LCFI3:
      40                    .LBB2:
      11:yy.cpp        **** {
      12:yy.cpp        ****     static A a;
      41                            .loc 1 12 0
      42 0004 B8000000              movl    $_ZGVZ15static_var_funcvE1a, %eax
      42      00
      43 0009 0FB600                movzbl  (%rax), %eax
      44 000c 84C0                  testb   %al, %al
      45 000e 7527                  jne     .L4
      46 0010 BF000000              movl    $_ZGVZ15static_var_funcvE1a, %edi
      46      00
      47 0015 E8000000              call    __cxa_guard_acquire
      47      00
      48 001a 85C0                  testl   %eax, %eax
      49 001c 0F95C0                setne   %al
      50 001f 84C0                  testb   %al, %al
      51 0021 7414                  je      .L4
      52 0023 BF000000              movl    $_ZZ15static_var_funcvE1a, %edi
      52      00
      53 0028 E8000000              call    _ZN1AC1Ev
      53      00
      54 002d BF000000              movl    $_ZGVZ15static_var_funcvE1a, %edi
      54      00
      55 0032 E8000000              call    __cxa_guard_release
      55      00
      56                    .L4:
      13:yy.cpp        ****     return a.a++;
      57                            .loc 1 13 0
      58 0037 8B050000              movl    _ZZ15static_var_funcvE1a(%rip), %eax
      58      0000
      59 003d 89C2                  movl    %eax, %edx
      60 003f 83C001                addl    $1, %eax
      61 0042 89050000              movl    %eax, _ZZ15static_var_funcvE1a(%rip)
      61      0000
      62 0048 89D0                  movl    %edx, %eax
      63                    .LBE2:
      14:yy.cpp        **** }
      64                            .loc 1 14 0
      65 004a C9                    leave
      66 004b C3                    ret
    

     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。

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    int foo()
    {
        static int n = init();
        //~ do anything/nothing on 'n'
        return n;
    }

      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:

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    .globl _Z3foov
      .type _Z3foov, @function
    _Z3foov:
    .LFB1405:
      pushq %rbp
    .LCFI13:
      movq  %rsp, %rbp
    .LCFI14:
      movl  $_ZGVZ3foovE1n, %eax
      movzbl  (%rax), %eax
      testb %al, %al 
      jne .L18
      movl  $_ZGVZ3foovE1n, %edi
      call  __cxa_guard_acquire
      testl %eax, %eax
      setne %al 
      testb %al, %al 
      je  .L18
      call  _Z4initv
      movl  %eax, _ZZ3foovE1n(%rip)
      movl  $_ZGVZ3foovE1n, %edi
      call  __cxa_guard_release
    .L18:
      movl  _ZZ3foovE1n(%rip), %eax
      leave
      ret

      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:

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    Singleton* Singleton::GetInstance()
    {
        static Singleton instance;
        return &instance;
    }

      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。

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