thread_local成员变量构造

我遇到了 thread_local 的一些奇怪行为，不确定我是否做错了什么或者这是一个 GCC 错误。 我有以下最小重现场景：

#include <iostream>

using namespace std;

struct bar {
    struct foo {
        foo () {
            cerr << "foo" << endl;
        }
        int i = 42;
    };

    static thread_local foo FOO;
};

static thread_local bar::foo FREE_FOO;
thread_local bar::foo bar::FOO;

int main() {
    bar b;
    cerr << "main" << endl;
    // cerr << FREE_FOO.i << endl;
    cerr << b.FOO.i << endl;
    return 0;
}

上面的注释行的输出如下所示：

main
0

Ideone http://ideone.com/63GJjQ

如果不加注释，就变成这样：

main
foo
foo
42
42

Ideone http://ideone.com/ZcFJ02

我在这里错过了一些愚蠢的事情吗？

$ gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.8/lto-wrapper
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu/Linaro 4.8.1-10ubuntu9' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.8/README.Bugs --enable-languages=c,c++,java,go,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-4.8 --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.8 --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --enable-gnu-unique-object --enable-plugin --with-system-zlib --disable-browser-plugin --enable-java-awt=gtk --enable-gtk-cairo --with-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64/jre --enable-java-home --with-jvm-root-dir=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64 --with-jvm-jar-dir=/usr/lib/jvm-exports/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64 --with-arch-directory=amd64 --with-ecj-jar=/usr/share/java/eclipse-ecj.jar --enable-objc-gc --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 4.8.1 (Ubuntu/Linaro 4.8.1-10ubuntu9) 

Update:

这也提供了意想不到的结果：

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T>
struct bar {
    struct foo {
        foo () {
            cerr << "bar::foo" << endl;
        }
        int i = 42;
    };

    void baz() {
        cerr << bar::FOO.i << endl;
    }

    static thread_local foo FOO;
};

struct far {
    struct foo {
        foo () {
            cerr << "far::foo" << endl;
        }
        int i = 42;
    };

    void baz() {
        cerr << far::FOO.i << endl;
    }

    static thread_local foo FOO;
};

template<class T> thread_local typename bar<T>::foo bar<T>::FOO;
thread_local typename far::foo far::FOO;

int main() {
    cerr << "main" << endl;
    bar<int> b;
    b.baz();

    far f;
    f.baz();
    return 0;
}

Result:

main
0
far::foo
bar::foo
42

尽管我并不声称完全理解它，但对于评论来说这太长了。

我有一个较短的版本，你可以运行Coliru http://coliru.stacked-crooked.com/a/acb1ead8dd2051e3

#include <iostream>
using namespace std;

struct foo {
    int i;
    foo() : i{42} {}
};

struct bar {
    static thread_local foo FOO;
};

thread_local foo bar::FOO;

int main() {
    //cerr << string((bar::FOO.i == 42) ? "Ok" : "Bug") << endl; //Ok
    cerr << string((bar().FOO.i == 42) ? "Ok" : "Bug") << endl;  //Bug
}

我认为 bug 出在这个 gcc 源文件中

https://chromium.googlesource.com/native_client/nacl-gcc/+/upstream/master/gcc/cp/decl2.c https://chromium.googlesource.com/native_client/nacl-gcc/+/upstream/master/gcc/cp/decl2.c

此时 gcc 正在尝试决定是否FOO，它是静态成员bar，需要一个包装器函数来检测它是否已初始化...它决定不需要包装器，这是不正确的。它检查

1. 这不是一个 error_operand_p 吗？是的，事实并非如此。 （我猜）
2. 是 thread_local (DECL_THREAD_LOCAL_P) 吗？是的，它是thread_local。
3. 这不是 gnu __thread 扩展 (DECL_GNU_TLS_P) 吗？是的，事实并非如此。
4. 它是否未在函数作用域（DECL_FUNCTION_SCOPE_P）中声明？是的，事实并非如此。
5. 该变量是否未在另一个翻译单元 (TU) 中定义？是的，事实并非如此。 （漏洞？）
6. 它没有一个不平凡的析构函数吗？是的，事实并非如此。
7. 它没有初始值设定项或常量吗？它有一个初始值设定项，但它是常量。
8. 它不需要包装器

该缺陷是：

1. 结论是，如果初始化器是常量，那么它就不是动态初始化的，或者
2. 未能正确执行静态初始化，或者
3. 没有注意到即使它是一个成员变量，它也可以是外部定义的

由于初始化是由构造函数完成的，我认为这是混乱的根源，调用了构造函数，但值是常量。

这是代码

/* Returns true iff we can tell that VAR does not have a dynamic
   initializer.  */

static bool
var_defined_without_dynamic_init (tree var)
{
    /* If it's defined in another TU, we can't tell.  */
    if (DECL_EXTERNAL (var))
        return false;
    /* If it has a non-trivial destructor, registering the destructor
        counts as dynamic initialization.  */
    if (TYPE_HAS_NONTRIVIAL_DESTRUCTOR (TREE_TYPE (var)))
        return false;
    /* If it's in this TU, its initializer has been processed.  */
        gcc_assert (DECL_INITIALIZED_P (var));
    /* If it has no initializer or a constant one, it's not dynamic.  */
        return (!DECL_NONTRIVIALLY_INITIALIZED_P (var)
          || DECL_INITIALIZED_BY_CONSTANT_EXPRESSION_P (var));
}

/* Returns true iff VAR is a variable that needs uses to be
   wrapped for possible dynamic initialization.  */

static bool
var_needs_tls_wrapper (tree var)
{
    return (!error_operand_p (var)
          && DECL_THREAD_LOCAL_P (var)
          && !DECL_GNU_TLS_P (var)
          && !DECL_FUNCTION_SCOPE_P (var)
          && !var_defined_without_dynamic_init (var));
}