ソースファイルに定義されたグローバル変数は必ず共有されるか

Question

質問

他のファイルからincludeされないソースファイルに定義したグローバル変数は　(未定義動作を除いた)いかなる場合も同じ値を共有するか

//test.h
#pragma once

//このクラスをいろいろなヘッダ・ソースファイルから呼び出す
struct Test {
    Test();
    void f();
};

//test.cpp
//このファイルは他のファイルから#include "test.cpp"されない　プロジェクトに含めるだけ

#include "test.h"

struct A{
    int a{};
    /*
    いろいろな変数
    .
    .
    .
    */
};

//グローバル変数
A GlobalA{};


////////////////////////////

Test::Test(){
    GlobalA.a = 100;
}

void Test::f(){
    //どこから呼び出してGlobalA.aは100であるかどうか
    std::cout << GlobalA.a <<std::endl;
}

環境

C++20
VisualStudio2019

質問の背景

コンストラクタTest::TestでA::aに100を入れたはずなのに，Test::f関数でA::aが0になっている現象に出くわしています
・ちゃんとA::aは同じアドレスを指しています
・ポインタに変えたらA::aに100が入っており期待通りに動作します

とりあえず簡単な例で自分の理解があっているのか確認したいです

その他

何か質問や追記依頼があれば追記欄にお願いします

よろしくお願いいたします

追記

原因がわかった気がします
グローバル変数GlobalAの初期化より前にコンストラクタTest::Testをよびだす場合に問題が発生します

以下の順番で呼び出されています

• Test::Test
• Test::Testを抜ける
• A::A
• GlobalAのコンストラクタを抜ける(ここでGlobalAは初期化されるのでTest::Testで書き換えたの内容は消える)
• fを呼ぶがTest::Testで書きこんだ内容は消えデフォルト初期化でaには0が入っている

---

しかし気になるのがユニークポインタにしたときです
ユニークポインタであればしっかりと動作します

//test.cpp

#include "test.h"

struct A{
    int a{};
    /*
    いろいろな変数
    .
    .
    .
    */
};

//グローバル変数
std::unique_ptr<A> GlobalA = nullptr;


////////////////////////////

Test::Test(){
    GlobalA = std::make_unique<A>();
    GlobalA->a = 100;
}

void Test::f(){
    //この例では100が入っている
    std::cout << GlobalA->a <<std::endl;
}

この例の場合は次のような順番です

• Test::Test
• Test::TestでGlobalAをstd::make_unique<A>()
• GlobalAのコンストラクタを抜ける(ここでGlobalAはstd::unique_ptrのstd::nullptr_tを引数にとるコンストラクタで初期化されるのでTest::Testで書き換えたの内容は消えるはず)
• fを呼ぶがTest::Testで書きこんだ内容は消えデフォルト初期化でaには0が入っている

と思いきや消えていない．．．

Comments

[episteme]

> コンストラクタTest::TestでA::aに100を入れたはずなのに，Test::f関数でA::aが0になっている現象に出くわしています

そうなるコードを示していただけませんか?

[dodox86]

> とりあえず簡単な例で自分の理解があっているのか確認したいです

簡単な例に直し過ぎて、問題が発現するコードが消えてしまっているのではないでしょうか。あくまで提示のコードで、そのような問題が発生するかどうかだけを問いたいのでしょうか。

[thkana]

main()関数に入る前の初期化の順番ってなにか決まっているんでしたっけ。
つまり、
それぞれ静的寿命を持つGlobalAとTestのインスタンスの初期化の順番について何らかの期待をすることは正しいんですっけ?

[episteme]

複数のglobal変数があるとき、コンストラクタの動く順序は規定されないはず。
なのでこれも”(未定義動作を除いた)いかなる場合”にはあたらないかと。

[yohhoy]

「グローバル変数GlobalAの初期化より前にコンストラクタTest::Testをよびだす場合に問題が発生します」と追記あるため、Testクラスもまたグローバル変数として初期化されるようですね。

FYI: 異なるソースコードに配置されるグローバル変数初期化順については https://in-neuro.hatenablog.com/entry/2020/12/12/001244 が詳しいと思います。回避方法もあわせて紹介されています。

Answer 1

コンストラクタTest::Testが動かなければA::aは初期値のままなので

#include "test.h"

int main() {
  Test* p = nullptr;
  p->f();
}

コレ↑ならおそらく0が出力されるでしょう。
が、そもそもpがnullptrであるときに、p->f() したら未定義動作でしょうから、
"(未定義動作を除いた)いかなる場合も"にはあたらないかな。

Answer 2

VisualStudioなどのデバッガで動作を追いかけてみればどうでしょう
どの段階でその値が変わるのかを見ることができると思います

Answer 3

解決法としてはmain関数内で初期化する

Hoge hoge{};//このコンストラクタでTestのコンストラクタが呼ばれるとき今回の問題が起きる

main関数内に書くか初期化を遅らすとよい

std::optional<Hoge> hoge = std::nullopt;
//とか
//std::unique_ptr<Hoge> hoge = nullptr;

int main(){
    //Hoge hoge{};//ここにかく
    //hoge = Hoge{};
    //hoge = std::make_unique<Hoge>();

}