避免 Static Initialization Order Fiasco (SIOF)

Static Initialization Order Fiasco

Static Initialization Order Fiasco (SIOF)，我也是最近才知道了这个说法，因为在开发程序的时候被它bug了：对于一个static变量，不管它是全局的或者是类的成员变量，访问它的时候不一定总是成功的，甚至会造成程序crash，因为不能保证它在被访问时已经被初始化了（跟初始化的顺序有关，所以称为初始化顺序的Fiasco）。以下将制造一个非常简单的SIOF情形：

Whatever.h

#include
#include
class Whatever
{
public:
    Whatever()
    {
        cout << "Construct Whatever" << endl;
        Display();
    }
    ~Whatever()
    {
        cout << "Destruct Whatever" << endl;
        Display();
    }
    void Display()
    {
        cout << "static int:" << i << endl;
        cout << "static string:" << m_str << endl;
        cout << "static vector:" << m_vec.front() << endl;
    }
private:
    static int i;
    static std::string m_str;
    static std::vector m_vec;
};

Whatever.cpp

#include "Whatever.h"
int Whatever::i = 500；
string Whatever::m_str = "something";
vector Whatever::m_vec = vector( 10, 'a' );

一个简单的类，Whatever，包含几个static成员变量，然后在构造函数和析构函数中都分别打印这些静态变量的值，乍一看似乎没什么问题，但却有潜在的SIOF的风险。我们容易默认为在调用Whatever的构造函数的时候，Whatever空间中的static的成员变量已经被初始化了，其实不然，现在制造一个SIOF引起crash的情形：

#include "Whatever.h"

Whatever g_whatever;
int main()
{
    ...
}

因为g_whatever是global变量，所以最先被初始化，在调用Whatever的构造函数的时候，Whatever空间的静态成员变量还未被初始化，所以访问这些静态变量肯定出错。在VS的编译器下测试的结果：

Construct Whatever
 static int:5
 static string:
（调用m_vec.front()导致程序crash）

奇怪的是对于int这种built-in的类型却能得到正确的值，不知编译器在背后都做了哪些手脚，猜想可能是在程序编译的时候他们就被值替换了。而string和vector应该都属于自定义类型（初始化需要调用构造函数），未初始化之前访问肯定是错误的，所以打印出的string是个空值，而访问一个空的vector的front元素则直接造成程序crash。

根据初始化和释放的对称关系，所以在析构函数中访问这些静态变量同样也是失败的，因为在析构g_whatever的时候，Whatever空间的静态变量已经被解决掉了。

SIOF是非常难于检测的问题，这个例子是一种最简单的情形，在我的项目中，我并没有定义什么global的成员，但是因为使用了很多前置声明（forward declaration），还有一些Singleton，造成了一个非常隐蔽的SIOF，花了很大的力气才找到，痛苦的过程。

要解决SIOF问题，需要用一个function来包装static变量，即利用函数内static变量的construct-on-first-use特性。

修改后的Whatever.h

class Whatever
{
public:
    Whatever()
    {
        cout << "Construct Whatever" << endl;
        Display();
    }

    ~Whatever()
    {
        cout << "Destruct Whatever" << endl;
        Display();
    }

    void Display()
    {
        cout << "static vector:" << GetStaticVector().front() << endl;
    }
private:
    vector& GetStaticVector()
    {
        static vector vec = vector( 10, 'a' );
        return vec;

    }
};

用GetStaticVector来包装之前所需要的静态的vector，就能保证在调用的时候，它一定已经被初始化了。再次运行之前的测试程序，OK了。

总之，我们对于static变量的使用要保持一颗警惕的心，如果不确定在使用时它是否已经被初始化，就要使用函数包装static变量来防止Static Initialization Order FIASCO!
 Fiasco, what a cool word.

引用:http://blog.nuttycoder.com/2010/08/19/static-initialization-order-fiasco/