Краткий ответ

constinit требует, чтобы переменная со статическим или потоковым временем хранения была инициализирована константно. Это гарантирует отсутствие её динамической инициализации и делает значение доступным до начала динамической инициализации других объектов. При этом constinit не делает переменную константной, не превращает её автоматически в constexpr и не устраняет порядок инициализации других глобальных объектов.

Исторический контекст

Глобальные и статические объекты могут инициализироваться в несколько этапов. Динамическая инициализация объектов из разных единиц трансляции может зависеть от порядка, который неочевиден разработчику и способен привести к обращению к ещё неинициализированному объекту.

До появления constinit разработчики часто использовали constexpr, но он выражает другое намерение: объект должен быть константным и пригодным для вычислений на этапе компиляции. Для изменяемых глобальных состояний такого средства не хватало. constinit, появившийся в C++20, отделяет требование к моменту инициализации от требования неизменяемости объекта.

Постановка проблемы

Рассмотрим глобальный счётчик, который должен получить начальное значение до запуска динамических конструкторов, но после этого изменяться во время работы программы. Обычная статическая переменная может незаметно перейти к динамической инициализации, если её начальное значение вычисляется вызовом функции.

Неверное понимание constinit также создаёт два риска: разработчик может ожидать от переменной неизменяемости либо решить, что спецификатор исправляет порядок инициализации всех глобальных объектов. В обоих случаях код будет иметь не те гарантии, на которые рассчитывает проект.

Подробное решение

Переменная с constinit обязана получить значение посредством constant initialization. Если выражение инициализатора не может быть вычислено как константное, программа не должна успешно компилироваться. Спецификатор применим к переменным со статическим или потоковым временем хранения, но не к обычным локальным автоматическим переменным.

constexpr int initial_count() {
    return 10;
}

constinit int requests = initial_count();

void record_request() {
    ++requests;
}

В примере requests гарантированно инициализирована константным значением до динамической инициализации. Однако она остаётся обычной изменяемой переменной: функция record_request может изменить её после завершения инициализации.

constinit не означает const. Если требуется запретить изменение объекта и разрешить его использование в константных выражениях, применяют constexpr либо подходящую комбинацию const и константного инициализатора. В отличие от constexpr, constinit прежде всего проверяет способ инициализации объекта, а не его последующее использование.

Спецификатор также не делает поток доступа безопасным. Для общей изменяемой переменной по-прежнему нужны синхронизация или атомарный тип, если несколько потоков обращаются к ней конкурентно.

Ситуация из практики

В библиотеке есть глобальный реестр, который должен быть готов до создания других статических объектов. Один вариант — оставить обычную глобальную переменную с инициализатором-функцией. Он прост, но может добавить динамическую инициализацию и создать зависимость от порядка между единицами трансляции.

Второй вариант — объявить объект constexpr. Это устраняет динамическую инициализацию, но не подходит, если реестр должен изменяться во время работы программы. Третий вариант — использовать constinit с константным начальным состоянием. Он сохраняет изменяемость и проверяет требуемую фазу инициализации, поэтому для такого сценария является наиболее точным решением.

При этом сами операции с реестром должны быть защищены отдельно, например мьютексом или атомарными примитивами. Если другие глобальные объекты всё ещё динамически инициализируются и зависят друг от друга, constinit для одного реестра не устраняет все проблемы порядка инициализации.

Что кандидаты часто упускают

Делает ли constinit переменную неизменяемой?

Нет. constinit относится к моменту и способу начальной инициализации, а не к праву изменять объект. Переменная может быть изменена после завершения инициализации, как requests в примере. Для запрета изменений нужен const, а для полноценного требования константного выражения обычно используют constexpr.

Чем constinit отличается от constexpr?

constexpr требует, чтобы объявление соответствовало правилам константного выражения, и для обычного объекта делает его константным. constinit требует константной инициализации объекта со статическим или потоковым временем хранения, но не требует его неизменяемости и не обещает, что к нему можно обращаться в любом контексте вычисления на этапе компиляции.

Иными словами, constexpr описывает возможность и способ использования значения, а constinit — гарантию ранней инициализации объекта.

Устраняет ли constinit проблему порядка инициализации глобальных объектов?

Только частично. Для помеченной переменной исчезает динамическая инициализация, поэтому она получает значение на более ранней стадии инициализации. Но порядок динамической инициализации остальных глобальных объектов, особенно находящихся в разных единицах трансляции, этот спецификатор не определяет.

Кроме того, constinit не защищает от гонок при последующем изменении объекта и не исправляет логическую зависимость между двумя объектами, если один из них всё ещё обращается к другому во время своей динамической инициализации.