LTO优化全局变量

Question

我看到LTO从TU中优化一些全局对象，如果该TU中没有显式地来自另一个TU的函数。

下面的摘录试图描述所涉及的关键类和文件(请注意，这只是为了演示目的，可能在所有地方都不完全准确):

我有一个单例类Registrar，它维护一个包含已构造的Foo类型的所有对象的列表。为了避免静态构造顺序的失败，我在构造第一个类型Foo的对象时动态地构造这个对象的实例。

// Registrar.hpp
class Registrar
{
public:
static Registrar * sRegistrar;
std::vector<Foo *> objectList;
Registrar() = default;
};

接下来，我们有类Foo。这个类的实例如上所述在Registrar中注册。

// Foo.hpp
class Foo
{
public:
Foo()
{
if (Registrar::sRegistrar == nullptr)
Registrar::sRegistrar = new Registrar();
Registrar::sRegistrar->objectList.push_back(this);
}
};

Foo的实例是全局的，可以从几个文件创建。在一个这样的文件中，我们碰巧定义了另一个函数，可以从其他地方调用:

// file1.hpp
void someFunctionThatIsCalledExplicitly()
{
doSomething();
}
namespace 
{
__attribute__((used, retain))
Foo f1;
}

但是在另一个文件中，我们只创建了一个Foo的实例:

// file2.hpp
namespace 
{
__attribute__((used, retain))
Foo f2;
}

我所看到的是f2正在得到优化，而f1则没有，尽管为Foo类的所有声明添加了__attribute__((used, retain))。

我应该如何防止LTO优化出这些实例?为什么属性没有区别?

编辑：我可以写一个小例子来重现上述问题。

1. main.cpp:

#include <iostream>
#include "Registrar.hpp"
#ifdef FORCE_LINKAGE
extern int i;
#endif
extern void someFunctionThatIsCalledExplicitly();
int main()
{
#ifdef FORCE_LINKAGE
i++;
#endif
someFunctionThatIsCalledExplicitly();
if (Registrar::sRegistrar == nullptr)
{
std::cout << "No instances of foo";
}
else
{
std::cout << Registrar::sRegistrar->objectList.size() << " instances of foon";
}
return 0;
}

Foo.hpp

#pragma once
class Foo
{
public:
Foo();
};

Foo.cpp:

#include "Foo.hpp"
#include "Registrar.hpp"
Foo::Foo()
{
if (Registrar::sRegistrar == nullptr)
{
Registrar::sRegistrar = new Registrar();
}
Registrar::sRegistrar->objectList.push_back(this);
}

4

Registrar.hpp:

#pragma once
#include <vector>
#include "Foo.hpp"
class Registrar
{
public:
static Registrar * sRegistrar;
std::vector<Foo *> objectList;
Registrar() = default;
};

Registrar.cpp:

#include "Registrar.hpp"
Registrar * Registrar::sRegistrar = nullptr;

File1.cpp:

#include <iostream>
#include "Foo.hpp"
void someFunctionThatIsCalledExplicitly()
{
std::cout << "someFunctionThatIsCalledExplicitly() calledn";
}
namespace
{
__attribute__((used, retain))
Foo f1;
}

File2.cpp:

#include "Foo.hpp"
#ifdef FORCE_LINKAGE
int i = 0;
#endif
namespace
{
__attribute__((used, retain))
Foo f2;
}

Makefile:

CC          = clang++
LIBTOOL     = libtool
BUILDDIR    = build
BINFILE     = lto
BUILDFLAGS  = -flto -std=c++17
LINKFLAGS   = -flto
.PHONY:     all
all:        $(BUILDDIR) $(BINFILE)
.PHONY:     force
force:      def all
.PHONY:     def
def:
$(eval BUILDFLAGS += -DFORCE_LINKAGE)
$(BINFILE): foo files
$(CC) -o $(BUILDDIR)/$@ $(LINKFLAGS) -L$(BUILDDIR) $(addprefix -l, $^)
foo:        Foo.o main.o Registrar.o
$(LIBTOOL) $(STATIC) -o $(BUILDDIR)/lib$@.a $(addprefix $(BUILDDIR)/, $^)
files:  File1.o File2.o
$(LIBTOOL) $(STATIC) -o $(BUILDDIR)/lib$@.a $(addprefix $(BUILDDIR)/, $^)
%.o:        %.cpp
$(CC) $(BUILDFLAGS) -c -o $(addprefix $(BUILDDIR)/, $@) $<
.PHONY:     $(BUILDDIR)
$(BUILDDIR):
mkdir -p $(BUILDDIR)
.PHONY:     clean
clean:
rm -rf $(BUILDDIR)

我有两个版本,一个类似于以上(我只看到一个实例),另一个在我力连杆通过声明一个全局变量,我指的是其他地方(这里我看到两个实例):

$ make
$ ./build/lto
someFunctionThatIsCalledExplicitly() called
1 instances of foo
$ make force
$ ./build/lto
someFunctionThatIsCalledExplicitly() called
2 instances of foo

Answer 1

好吧，我做了一些挖掘，事实上你链接的。a库是这里的罪魁祸首，不是LTO，也不是任何其他优化。

这在SO之前已经提到过，顺便说一下，参见:静态库的静态初始化和销毁's全局变量在g++中不会发生

当链接。o文件时(就像我在godbolt上所做的那样)，所有的东西都进去了，它工作了。

对于。a文件，只有被引用的代码被链接，其余的不被链接。创建虚拟变量是一种解决方法，但正确的方法是将--whole-archive传递给链接器。

由于libtool的问题，我无法运行基于makefile的示例，但请查看我的CMake配置:

cmake_minimum_required(VERSION 3.18)
project(LINK)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY "${PROJECT_BINARY_DIR}")
set(CMAKE_LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY "${PROJECT_BINARY_DIR}")
set(CMAKE_RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY "${PROJECT_BINARY_DIR}")
add_library(Files File1.cpp File2.cpp)

target_include_directories(Files
INTERFACE ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}
)
target_compile_definitions(Files PUBLIC ${FORCE})
add_executable(test Foo.cpp main.cpp Registrar.cpp)
# note the line below
target_link_libraries(test -Wl,--whole-archive Files -Wl,--no-whole-archive)
target_compile_definitions(test PUBLIC ${FORCE})

链接时，它将以以下方式调用命令:

g++ -o test -Wl, --whole-archive -l:libFiles.a -Wl, --no-whole-archive Foo.o Registrar.o main.o