如何防止LTO优化掉无外部引用翻译单元内的全局变量

你遇到的问题不是LTO优化导致的，核心是静态库的默认链接规则直接把包含f2的整个目标文件File2.o排除在了链接流程之外，你加的used和retain属性根本没有生效的机会。

静态库（.a文件）本质是多个目标文件（.o）的打包集合，链接器处理静态库时遵循按需提取规则：

• 遍历当前已加载的所有符号，收集所有未定义的符号引用
• 扫描静态库内的目标文件，仅把那些包含能匹配未定义符号的目标文件提取出来，加入最终链接流程
• 静态库内剩余的、没有任何符号被外部引用的目标文件，会被整个丢弃，完全不会进入后续的LTO、符号GC等环节

对照你的构建流程：

• 默认构建时，main函数仅引用了定义在File1.o里的someFunctionThatIsCalledExplicitly()，链接器只会从libfiles.a里提取File1.o，File2.o里没有任何符号被外部引用，整个文件被直接丢弃，自然f2不会被构造。
• 开启FORCE_LINKAGE的构建中，File2.o定义了被main引用的全局变量i，链接器为了解决i的引用不得不把File2.o提取进链接流程，这时候f2的属性才会生效，最终统计到2个实例。

为什么__attribute__((used, retain))没有生效 #

这两个属性的作用范围有严格限制，管不到静态库的目标文件提取逻辑：

• __attribute__((used))：仅作用于编译阶段，告诉编译器“就算这个符号在当前编译单元内看起来没有被引用，也不要把它优化掉，要保留在生成的.o文件符号表中”，它无法强制链接器从静态库中提取整个目标文件。
• __attribute__((retain))：仅作用于链接阶段的符号GC环节，告诉链接器“就算这个符号在已加载的段中没有被引用，也不要把它从最终二进制里删掉”，生效前提是符号所在的目标文件已经被提取进链接流程，对整个被丢弃的.o文件完全无效。

你可以做个简单验证：去掉编译和链接参数里的-flto关闭LTO再做默认构建，运行结果依然是1个Foo实例，就能证明问题和LTO无关。

你可以根据自己的工程场景选以下任意一种方案：

方案1：强制链接器提取静态库所有目标文件 #

这是最简单直接、对现有代码改动最小的方案，给链接器加参数，指定对应静态库不做按需提取，加载库内全部目标文件：

• 如果你使用ld/lld（Linux/BSD/macOS的clang/gcc默认链接器），修改Makefile的链接规则，用--whole-archive包裹存放自注册对象的静态库：

  $(BINFILE): foo files
      $(CC) -o $(BUILDDIR)/$@ $(LINKFLAGS) -L$(BUILDDIR) -lfoo -Wl,--whole-archive -lfiles -Wl,--no-whole-archive
  

  末尾的--no-whole-archive是为了恢复后续其他库的默认按需提取逻辑，避免不必要的代码膨胀。
• 如果你使用MSVC编译器，对应的参数是/WHOLEARCHIVE:libfiles.lib。

方案2：给每个自注册目标文件添加强制引用标记 #

如果你不想修改全局链接参数，可以在每个包含自注册全局对象的编译单元里，定义一个具有外部链接的空标记符号，然后在程序入口（比如main函数所在文件）显式引用这些符号，强制链接器提取对应目标文件。
比如在File2.cpp里加：

// 放在匿名命名空间外面，保证外部可链接
void force_link_File2() {}

然后在main.cpp里加前置声明并引用：

extern void force_link_File2();
// 可以在main函数开头加一行(void)force_link_File2; 消除未引用警告

这种方案的缺点是每加一个自注册文件，就要手动加一次引用，维护成本较高。

方案3：调整工程结构 #

不要把包含自注册全局对象的代码打包进静态库，直接把对应的目标文件和主程序链接在一起，就不会触发静态库的按需丢弃逻辑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Virag Doshi