C++ 静态变量的初始化线程安全问题

1. 静态变量的初始化线程安全问题

C++的局部static变量，是预先在静态存储区分配了内存，然后在第一次执行到这里的时候进行初始化。

C++11 规定了局部static变量的线程安全，实现上应该是类似std::call_once的实现，我估计基本上就是基于cas的spin-lock，这里当然可以根据编译器不同有不同的实现。

按照静态变量初始化的时机，初始化过程可分为：编译时初始化和加载（运行）时初始化，前者主要发生在静态常量的编译过程中，如程序中“static int a = 3”因为此处3为常量，编译时就能确定，因此这里就发生的是编译时初始化，反之，如果不是编译时初始化，那就必定进行的是加载时初始化。

2. 静态变量的初始化顺序

对于已经初始化的全局和静态变量时存放在可执行文件的数据段（.data），对于未初始化的全局和静态变量，则在BSS段中。

从可执行程序的角度来说，如果一个数据未被初始化，就不需要为其分配空间，所以.data 和.bss 的区别就是 .bss 并不占用可执行文件的大小，仅仅记录需要用多少空间来存储这些未初始化的数据，而不分配实际空间，编译器往往通过memset(bss_str, len, 0)进行初始化。

.bss段什么时候会进行真正的初始化呢？记得一开始接触全局变量和静态变量的时候，书上就有提到，在可执行程序执行之前(main函数运行之前)，会进行一些初始化操作，.bss就是在这个阶段进行初始化的。也就是说.data和.bss段的数据，在main()函数执行之前就初始化完成，那么，可以得出的结论是这部分数据不存在多线程竞争的问题(main()函数执行前还不存在多线程现象)。

C++标准规定，在同一个编译单元中，对全局变量或者静态变量的初始化顺序与其定义顺序一致。但是对于不同的编译单元中的静态变量的初始化顺序，标准没有做规定，也就是说假如两个全局静态变量A和B分别存在与两个.cc文件中，那么编译器对于这俩的初始化顺序是不确定的。

既然出现了因为不同编译单元中的静态变量初始化导致，那么就需要针对性的解决这个问题，通常有如下几个方案：

• 将所有的静态全局变量放在一个编译单元中(如果涉及到依赖的话，需要修改顺序)。

• 强制编译器在编译阶段进行初始化，通常有constexpr和constinit两种。

• Initialization On First Use，即在使用时候，通过函数获取静态对象的方式进行初始化。