c++ - 为什么主可执行文件和 dlopen 加载的共享库共享一个命名空间静态变量的拷贝？

Question

据我所知，命名空间作用域静态变量在每个编译单元中应该有一个拷贝。所以如果我有这样的头文件:

class BadLad {                                                                                      
public:                                                                                             
    BadLad();                                                                                       
    ~BadLad();                                                                                      
};                                                                                                  

static std::unique_ptr<int> sCount;                                                                 
static BadLad sBadLad;

和 badlad.cpp

#include "badlad.h"

BadLad::BadLad() {
    if (!sCount) {
        sCount.reset(new int(1));
        std::cout<<"BadLad, reset count, "<<*sCount<<std::endl;
    }
    else {
        ++*sCount;
        std::cout<<"BadLad, "<<*sCount<<std::endl;
    }
}

BadLad::~BadLad() {
    if (sCount && --*sCount == 0) {
        std::cout<<"~BadLad, delete "<<*sCount<<std::endl;
        delete(sCount.release());
    }
    else {
        std::cout<<"~BadLad, "<<*sCount<<std::endl;
    }
}

我希望 sCount 和 sBadLad 在包含 badlad.h 的每个 cpp 文件中都是唯一的。

然而，我在下面的实验中发现情况并非如此:

• 我将 badlad 编译为共享库 libBadLad.so。
• 我创建了另一个共享库 libPlugin.so 链接 libBadLad.so，只有plugin.cpp包含badlad.h，所以我期待 libPlugin.so 中有一份sCount
• 我创建了一个链接 libBadLad.so 的主程序，我希望有 一份 sCount 在 main.

主程序如下所示:

#include <dlfcn.h>

int main() {
    void* dll1 = dlopen("./libplugin.so", RTLD_LAZY);
    dlclose(dll1);

    void* dll2 = dlopen("./libplugin.so", RTLD_LAZY);
    dlclose(dll2);

    return 0;
}

在执行主程序时，我可以看到 sCount 变量在调用 main 之前首先创建并设置为 1，这是预期的。但是在调用第一个 dlopen 之后，sCount 增加到 2，随后在调用 dlclose 时减少到 1。第二个 dlopen/dlclose 也是如此。

所以我的问题是，为什么只有一份 sCount？为什么链接器不将拷贝分开(我认为这是大多数人所期望的)？如果我直接将 libPlugin.so 链接到 main 而不是 dlopen，它的行为是一样的。

我在 macOS 上使用 clang-4 (clang-900.0.39.2) 运行它。

编辑:请参阅 this repo 中的完整源代码.

Answer 1

(迭代 2)

发生在你身上的事很有趣也很不幸。下面我们一步一步来分析。

1. 您的程序链接到 libBadLad.so。因此，该共享库会在程序启动时加载。静态对象的构造函数在 main 之前执行。
2. 你的程序然后 dlopens libplugin.so。然后加载此共享库，并执行静态对象的构造函数。
3. libplugin.so 链接到的 libBadLad.so 怎么样？由于该进程已经包含 libBadLad.so 的图像，不会第二次加载此共享库。 libplugin.so 也可以完全不链接它。
4. 回到libplugin.so 的静态对象。其中有两个，sCount 和 sBadLad。 两者都是按顺序构建的。
5. sBadLad 有一个用户定义的非内联构造函数。 它没有在 libplugin.so 中定义，所以它是针对已经加载的 libBadLad.so 解析的，它定义了这个符号。
6. BadLad::BadLad 从 libBadLad.so 被调用。
7. 此构造函数引用静态变量sCount。 这解析为来自 libBadLad.so 的 sCount，而不是来自 libplugin.so 的 sCount ，因为函数本身在 libBadLad.so 中。这已经初始化并指向一个值为 1 的 int。
8. 计数递增。
9. 与此同时，来自 libplugin.so 的 sCount 静静地坐着，被初始化为 nullptr。
10. 库被卸载并再次加载等。

故事的寓意是什么？ 静态变量是邪恶的。避免。

请注意，C++ 标准对此没有任何规定，因为它不处理动态加载。

然而，无需任何动态加载也可以重现类似的效果。

   // foo.cpp
   #include "badlad.h"

   // bar.cpp
   #include "badlad.h"
   int main () {}

构建和测试:

   # > g++ -o test foo.cpp bar.cpp badlad.cpp
   ./test
   BadLad, reset count to, 1
   BadLad, 2
   BadLad, 3
   ~BadLad, 2
   Segmentation fault

为什么会出现段错误？这是我们很好的旧静态初始化命令惨败。这个故事的主旨？ 静态变量是邪恶的。