具有未定义行为的 C++ 代码，编译器生成 std​​::exception

Question

我在 C++ 中遇到了一个有趣的安全编码规则，它指出:

Do not reenter a function during the initialization of a static variable declaration. If a function is reentered during the constant initialization of a static object inside that function, the behavior of the program is undefined. Infinite recursion is not required to trigger undefined behavior, the function need only recur once as part of the initialization.

不合规的例子是:

#include <stdexcept>

int fact(int i) noexcept(false) {
  if (i < 0) {
    // Negative factorials are undefined.
    throw std::domain_error("i must be >= 0");
  }

  static const int cache[] = {
    fact(0), fact(1), fact(2), fact(3), fact(4), fact(5),
    fact(6), fact(7), fact(8), fact(9), fact(10), fact(11),
    fact(12), fact(13), fact(14), fact(15), fact(16)
  };

  if (i < (sizeof(cache) / sizeof(int))) {
    return cache[i];
  }

  return i > 0 ? i * fact(i - 1) : 1;
}

根据来源给出错误:

terminate called after throwing an instance of '__gnu_cxx::recursive_init_error'
  what():  std::exception

在 Visual Studio 2013 中执行时.我尝试了自己的类似代码并得到了相同的错误(使用 g++ 编译并在 Ubuntu 上执行)。

我怀疑我对这个概念的理解是否正确，因为我不精通 C++。据我说，由于缓存数组是常量，这意味着它可以是只读的并且只需要作为静态初始化一次，它会一次又一次地初始化，因为该数组的值是每个返回的值逗号分隔的递归函数调用，这违反了声明的数组的行为。因此，它给出了未定义的行为，这也在规则中进行了说明。

对此有什么更好的解释？

Answer 1

为了执行fact()，首先需要静态初始化fact::cache[]。为了最初fact::cache，你需要执行fact()。那里有一个循环依赖，这会导致你看到的行为。 cache 只会被初始化一次，但它需要自己初始化才能初始化自己。即使打字也让我头晕目眩。

像这样引入缓存表的正确方法是将其分离成不同的函数:

int fact(int i) noexcept(false) {
  if (i < 0) {
    // Negative factorials are undefined.
    throw std::domain_error("i must be >= 0");
  }

  return i > 0 ? i * fact(i - 1) : 1;
} 

int memo_fact(int i) noexcept(false) {
  static const int cache[] = {
    fact(0), fact(1), fact(2), fact(3), fact(4), fact(5),
    fact(6), fact(7), fact(8), fact(9), fact(10), fact(11),
    fact(12), fact(13), fact(14), fact(15), fact(16)
  };

  if (i < (sizeof(cache) / sizeof(int))) {
    return cache[i];
  }
  else {
    return fact(i);
  }    
} 

这里，memo_fact::cache[] 只会被初始化一次——但它的初始化不再依赖于自身。所以我们没有问题。