什麼是 C 中的「靜態初始化順序失敗」(SIOF)，如何預防？

理解「靜態初始化順序慘敗」問題

在 C 中，靜態初始化涉及在程式啟動期間初始化全域變數和靜態變數。此過程可能會導致稱為「靜態初始化順序失敗」(SIOF) 的意外行為。

請考慮以下程式碼範例：

在此範例中，變數 x 和 y在不同的來源檔案中宣告。讓我們分析一下編譯和連結過程，以了解潛在的問題：

編譯：

1. 編譯file1.cpp 時，編譯器遇到y 作為外部變數並將其保留為未分配。然後它為 x 分配空間，但不初始化它。
2. 在 file2.cpp 中，編譯器遵循相同的過程，使 x 未分配並為 y 分配空間而不對其進行初始化。

連結：

1. 連結過程中，連結的順序連結的目標檔案 file1.o 和 file2.o 未指定。

2. 如果先連結 file2.o，則會發生下列情況：

   • x 被零初始化。
   • y 使用零初始化的 x 動態初始化，導致 y 變成1.
   • 最後，使用初始化的y動態初始化x，導致x變成2。

後果：

程式的行為取決於目標檔案的連結順序。這可能會導致意外且不一致的結果，因為 x 和 y 的值可能會因連結順序而異。

標準初始化順序：

C標準沒有指定靜態變數初始化的順序。根據標準的初始化步驟如下：

1. 對所有非本地物件進行零初始化。
2. 動態初始化物件（x 或 y）。此步驟的順序未指定。
3. 動態初始化剩餘物件（x 或 y）。

在上面的範例中，結果將是x 和y 都為根據目標檔案的順序初始化為不同的值（1 或2）

防止SIOF：

為了防止SIOF並確保行為一致，建議：

• 避免靜態之間的循環依賴變數。
• 使用編譯時已知的常數或表達式初始化靜態變數
• 利用 static_assert 指令來驗證編譯期間是否滿足靜態依賴關係。

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