静态对象、全局对象与程序的运行机制

1、在介绍静态对象、全局对象与程序的运行机制之间的关系之前，我们首先看一下atexit函数。

atexit函数的声明为：int atexit( void ( __cdecl *func )( void ) );

参数为函数指针，返回值为整型，0表示成功，其他表示失败。当程序运行结束时，他调用atexit函数注册的所有函数。如果多次调用atexit函数，那么系统将以LIFO(last-in-first-out)的方式调用所有的注册函数。

举例如下（代码摘自MSDN）：

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

void fn1( void ), fn2( void ), fn3( void ), fn4( void );

void main( void )

{

atexit( fn1 );

atexit( fn2 );

atexit( fn3 );

atexit( fn4 );

printf( "This is executed first./n" );

}

void fn1()

{

printf( "next./n" );

}

void fn2()

{

printf( "executed " );

}

void fn3()

{

printf( "is " );

}

void fn4()

{

printf( "This " );

}

编译、运行程序后，程序的输出为：

This is executed first.

This is executed next.

注册函数的顺序为：fn1、fn2、fn3、fn4，但是调用顺序为fn4、fn3、fn2、fn1。

2、理解了atexit函数之后，我们就可以来看看局部静态对象了。

class AAA{ … } ;

AAA* createAAA()

{

static AAA a ;

return &a ;

}

在调试状态下，汇编代码如下(请观察蓝色标记出来的代码)：

AAA* createAAA()

{

…

static AAA a ;

…

[1] 00401056 call AAA::AAA (4010A0h)

[2] 0040105B push offset `createAAA'::`2'::a::`dynamic atexit destructor' (442410h)

[3] 00401060 call atexit (409A50h)

00401065 add esp,4

00401068 mov dword ptr [ebp-4],0FFFFFFFFh

return &a ;

0040106F mov eax,offset a (452620h)

}

…

00401091 ret

注：[1]、[2]、[3]为方便说明加入的字符，实际代码中并不存在。

[1]语句很明显的调用AAA的构造函数。

[2]语句将442410h压入栈中。

[3]语句调用atexit函数，根据我们的了解，atexit的参数应该是函数指针。那么我们来分析一下442410h处的代码，从注释来看，我们看到了destructor。代码如下：

`createAAA'::`2'::a::`dynamic atexit destructor':

…

[1] 0044242E mov ecx,offset a (452620h)

[2] 00442433 call AAA::~AAA (403A90h)

…

0044244B ret

[1]语句将a的地址放在ecx寄存器中，这是this调用规范的风格。

[2]语句调用AAA的析构函数。

程序结束时，将调用atexit函数注册的442410h处的函数，进而调用了AAA的析构函数。从而保证了析构函数的调用。

3、了解了局部静态对象之后，我们来看看全局对象。

我们知道全局对象必须在main函数前已经被构造。为了弄清楚全局对象何时被构造，我在全局对象的实例化处设置了断点，调用堆栈如下：

static.exe!aaaa::`dynamic initializer'() Line 22	C++
static.exe!_initterm(void (void)* * pfbegin=0x00451038, void (void)* * pfend=0x00451064) Line 707	C
static.exe!_cinit(int initFloatingPrecision=1) Line 208 + 0xf bytes	C
static.exe!mainCRTStartup() Line 266 + 0x7 bytes	C

作为对比，我在AAA的析构函数出设置了断点，调用堆栈如下：

static.exe!AAA::~AAA() Line 19	C++
static.exe!aaaa::`dynamic atexit destructor'() + 0x28 bytes	C++
static.exe!doexit(int code=0, int quick=0, int retcaller=0) Line 451	C
static.exe!exit(int code=0) Line 311 + 0xd bytes	C
static.exe!mainCRTStartup() Line 289	C

由此我们可以看出程序的实际入口点位mainCRTStartup而不是main函数（相对于ANSI的控制台程序而言）。

我们来分析一下_cinit函数：

注释中有一句[3. General C initializer routines]，看来该函数的功能之一是完成C的初始化例程。

函数的核心代码如下：

* do initializations

initret = _initterm_e( __xi_a, __xi_z );

* do C++ initializations

_initterm( __xc_a, __xc_z );

看来该函数主要进行C、C++的初始化。我们进一步分析函数_initterm_e和_initterm，两个函数的功能进本相同，都是遍历函数指针（由参数指定函数指针的开始位置[__xi_a、__xi_z]、结束位置[__xc_a、__xc_z]），如果函数指针不为null，那么调用该函数。

那么__xi_a、__xi_z和__xc_a、__xc_z到底代表了什么呢？在cinitexe.c文件中有如下代码：

#pragma data_seg(".CRT$XIA")

_CRTALLOC(".CRT$XIA") _PVFV __xi_a[] = { NULL };

#pragma data_seg(".CRT$XIZ")

_CRTALLOC(".CRT$XIZ") _PVFV __xi_z[] = { NULL };/* C initializers */

#pragma data_seg(".CRT$XCA")

_CRTALLOC(".CRT$XCA") _PVFV __xc_a[] = { NULL };

#pragma data_seg(".CRT$XCZ")

_CRTALLOC(".CRT$XCZ") _PVFV __xc_z[] = { NULL };/* C++ initializers */

#pragma comment(linker, "/merge:.CRT=.data")

可以看出这四个变量分别在数据段.CRT$XIA、.CRT$XIZ、.CRT$XCA、.CRT$XCZ中。当连接器布局代码时，它按根据的名称，按照字母排序的规则，排列所有段。这样在段.CRT$XIA中的变量出现在段.CRT$XIZ所有变量之前，从而形成链表。对于.CRT$XCA、.CRT$XCZ数据段同理。最后这四个数据段被合并到.data数据段中。

再看看这些变量的类型，typedef void (__cdecl *_PVFV)(void); 所以这些变量组成了2个初始化函数指针链表。

调试过程中，看到__xc_a、__xc_z链表中，指向的初始化函数很多是构造函数，如：

static std::_Init_locks initlocks;

static filebuf fout(_cpp_stdout);

extern _CRTDATA2 ostream cout(&fout);

cout对象也在此时被构造。

对于析构函数的调用也是采用相同的方式，只是此时每一种初始化，都有一种终止函数与之对应。

4、总结

l 编译、连接程序时，编译器将所有全局对象的初始化函数放入.CRT$Xx中，连接器将所有的.CRT$XCx段合并成为.rdata数据段。在.CRT$XCA 到 .CRT$XCZ的所有段的数据组成初始化函数指针列表。

l 函数执行时，_initterm( __xc_a, __xc_z )函数调用所有的初始化函数。构造全局对象。构造对象完毕，调用atexit函数来保证析构函数的调用。Modern C++ Design就是通过控制调用atexit函数来决定对象的析构顺序的。

l 对于静态对象使用atexit来保证析构函数的调用。

l 程序结束时，调用exit来析构全局对象或静态对象。

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3、了解了局部静态对象之后，我们来看看全局对象。

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