共享库中 __attribute__((构造函数）） 的全局/静态变量初始化问题

Global/Static variables initialization issue with __attribute__((constructor)) in shared library

本文关键字：静态 变量 初始化 问题 全局 attribute 构造函数 共享      更新时间：2023-10-16

我在共享库中使用__attribute__((constructor))初始化全局/静态变量时遇到了一个问题，某些变量似乎被初始化了两次。

以下是代码片段：

共享.cpp 

struct MyStruct
{
MyStruct(int s = 1)
: s(s) {
printf("%s, this: %p, s=%dn", __func__, this, s);
}
~MyStruct() {
printf("%s, this: %p, s=%dn", __func__, this, s);
}
int s;
};
MyStruct* s1 = nullptr;
std::unique_ptr<MyStruct> s2 = nullptr;
std::unique_ptr<MyStruct> s3;
MyStruct s4;
void onLoad() __attribute__((constructor));
void onLoad()
{
s1 = new MyStruct;
s2 = std::make_unique<MyStruct>();
s3 = std::make_unique<MyStruct>();
s4 = MyStruct(2);
printf("&s1: %p, &s2: %p, &s3: %pn", &s1, &s2, &s3);
printf("s1: %p, s2: %p, s3: %pn", s1, s2.get(), s3.get());
printf("s4: %p, s4.s: %dn", &s4, s4.s);
}
extern "C" void foo()
{
printf("&s1: %p, &s2: %p, &s3: %pn", &s1, &s2, &s3);
printf("s1: %p, s2: %p, s3: %pn", s1, s2.get(), s3.get());
printf("s4: %p, s4.s: %dn", &s4, s4.s);
}

主.cpp

#include <cstdio>
#include <dlfcn.h>
using Foo = void(*)(void);
int main()
{
printf("Calling dlopen...n");
void* h = dlopen("./libshared.so", RTLD_NOW | RTLD_GLOBAL);
Foo f = reinterpret_cast<Foo>(dlsym(h, "foo"));
printf("nCalling foo()...n");
f();
return 0;
}

编译方式

$ g++ -fPIC -shared -std=c++14 shared.cpp -o libshared.so
$ g++ -std=c++14 -o main main.cpp -ldl

输出：

Calling dlopen...
MyStruct, this: 0x121b200, s=1
MyStruct, this: 0x121b220, s=1
MyStruct, this: 0x121b240, s=1
MyStruct, this: 0x7ffc19736910, s=2
~MyStruct, this: 0x7ffc19736910, s=2
&s1: 0x7fb1fe487190, &s2: 0x7fb1fe487198, &s3: 0x7fb1fe4871a0
s1: 0x121b200, s2: 0x121b220, s3: 0x121b240
s4: 0x7fb1fe4871a8, s4.s: 2
MyStruct, this: 0x7fb1fe4871a8, s=1
Calling foo()...
&s1: 0x7fb1fe487190, &s2: 0x7fb1fe487198, &s3: 0x7fb1fe4871a0
s1: 0x121b200, s2: (nil), s3: 0x121b240
s4: 0x7fb1fe4871a8, s4.s: 1
~MyStruct, this: 0x7fb1fe4871a8, s=1
~MyStruct, this: 0x121b240, s=1

s1和s3的值是预期的。

但s2和s4表现得很奇怪。

  • s2.get()应该是0x121b220，但在foo()中它变成了nullptr;
  • s4的值在onLoad()中被打印为s4.s: 2，但之后它的构造函数被调用，默认值为s=1，那么在foo()它的值是s=1。

将变量放在匿名命名空间中具有相同的结果。

s2和s4有什么问题？

我的操作系统：Ubuntu 16.04.2，GCC：5.4.0

根据对此 GCC 错误报告和此后续文档补丁的讨论，您看到的似乎是 GCC 中未指定的行为(不是错误)。

但是，未指定具有静态存储持续时间的C++对象的构造函数和用属性constructor修饰的函数的顺序。在混合声明中，属性init_priority可用于强制实施特定排序。

在这种情况下，似乎勉强避免了段错误，因为分配给未初始化的std::unique_ptr可能会导致为未初始化的指针成员调用delete。 根据C++规范，GCC 的未指定行为转换为未定义的行为(在此特定情况下)，因为从未初始化的变量读取是未定义的行为(未初始化的unsigned char除外)。

无论如何，要纠正此问题，您确实需要使用__attribute((init_priority))在构造函数之前对静态声明的对象进行排序初始化。

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