C++静态成员初始化（模板乐趣在里面）

Question

对于静态成员初始化，我使用嵌套辅助结构，它对于非模板化类效果很好。 但是，如果外围类由模板参数化，并且在主代码中未访问辅助对象，则不会实例化嵌套初始化类。 为了便于说明，一个简化的示例（在我的例子中，我需要初始化一个向量）。

#include <string>
#include <iostream>

struct A
{
    struct InitHelper
    {
        InitHelper()
        {
            A::mA = "Hello, I'm A.";
        }
    };
    static std::string mA;
    static InitHelper mInit;

    static const std::string& getA(){ return mA; }
};
std::string A::mA;
A::InitHelper A::mInit;


template<class T>
struct B
{
    struct InitHelper
    {
        InitHelper()
        {
            B<T>::mB = "Hello, I'm B."; // [3]
        }
    };
    static std::string mB;
    static InitHelper mInit;

    static const std::string& getB() { return mB; }
    static InitHelper& getHelper(){ return mInit; }
};
template<class T>
std::string B<T>::mB; //[4]
template<class T>
typename B<T>::InitHelper B<T>::mInit;


int main(int argc, char* argv[])
{
    std::cout << "A = " << A::getA() << std::endl;

//    std::cout << "B = " << B<int>::getB() << std::endl; // [1]
//    B<int>::getHelper();    // [2]
}

对于 g++ 4.4.1：

• [1] 和 [2] 评论：

  A = 你好，我是A。

  按预期工作

• [1]未注释：

  A = 你好，我是A。
  B =   
  
  我希望 InitHelper 初始化 mB

• [1] 和 [2] 未注释：

  A = 你好，我是A。
  B = 你好，我是B。

  按预期工作
• [1] 已注释，[2] 未注释：
  [3] 中静态初始化阶段的段错误

因此我的问题是：这是编译器错误还是监视器和椅子之间的错误？ 如果是后者：是否有一个优雅的解决方案（即无需显式调用静态初始化方法）？

更新一：
这似乎是一种理想的行为（如 ISO/IEC C++ 2003 标准 14.7.1 中所定义）：

除非类模板或成员模板的成员已显式实例化或显式特化，否则当在需要成员定义存在的上下文中引用特化时，会隐式实例化该成员的特化；特别是，静态数据成员的初始化（以及任何相关的副作用）不会发生，除非静态数据成员本身的使用方式需要静态数据成员的定义存在。

Answer 1

前段时间在 usenet 上讨论过这个问题，当时我试图回答 stackoverflow 上的另一个问题： 静态数据成员的实例化点。我认为减少测试用例并单独考虑每个场景是值得的，所以让我们首先看一下更一般的情况：

---

struct C { C(int n) { printf("%d\n", n); } };

template<int N>
struct A {
  static C c;
}; 

template<int N>
C A<N>::c(N); 

A<1> a; // implicit instantiation of A<1> and 2
A<2> b;

您有静态数据成员模板的定义。由于 14.7.1，这尚未创建任何数据成员：

“...特别是，静态数据成员的初始化（以及任何相关的副作用）不会发生，除非静态数据成员本身以需要静态数据成员的定义存在的方式使用”

根据定义该词的一个定义规则（在3.2/2），当“使用”该实体时，需要对该实体（=实体）进行定义。特别是，如果所有引用都来自未实例化的模板、模板的成员或 sizeof 表达式或不“使用”实体的类似事物（因为它们要么没有潜在地评估它，要么它们只是还不存在作为本身使用的函数/成员函数），这样的静态数据成员不会被实例化。

14.7.1/7 的隐式实例化会实例化静态数据成员的声明 - 也就是说，它将实例化处理该声明所需的任何模板。但是，它不会实例化定义 - 也就是说，不会实例化初始值设定项，并且不会隐式定义该静态数据成员类型的构造函数（标记为已使用）。

这一切都意味着，上面的代码将不会输出任何内容。现在让我们隐式实例化静态数据成员。

int main() { 
  A<1>::c; // reference them
  A<2>::c; 
}

这会导致两个静态数据成员存在，但问题是——初始化的顺序是怎样的？简单阅读一下，人们可能会认为 3.6.2/1 适用，其中表示（我强调）：

“在同一翻译单元的命名空间范围内定义并动态初始化的具有静态存储持续时间的对象应按照其定义在翻译单元中出现的顺序进行初始化。”

现在，正如 usenet 帖子中所述，并在此缺陷报告中解释了 ，这些静态数据成员不是在翻译单元中定义的，而是在实例化单元中实例化的，如2.1/1中所述：

检查每个已翻译的翻译单元以生成所需实例化的列表。 [注意：这可能包括已明确请求的实例化（14.7.2）。 ] 找到所需模板的定义。包含这些定义的翻译单元的源是否需要可用是由实现定义的。 [注意：实现可以将足够的信息编码到翻译的翻译单元中，以确保此处不需要源。 ] 执行所有必需的实例化以生成实例化单元。 [注意：这些与已翻译的翻译单元类似，但不包含对未实例化模板的引用，也不包含模板定义。 ] 如果任何实例化失败，则程序格式错误。

这样的成员的实例化点也并不重要，因为这样的实例化点是实例化与其翻译单元之间的上下文链接 - 它定义了可见的声明（如 14.6.4.1< 中指定的） /code>，并且每个实例化点都必须赋予实例化相同的含义，如 3.2/5 的一个定义规则（最后一个项目符号）中指定的那样。

如果我们想要有序初始化，我们必须进行安排，这样我们就不会弄乱实例化，而是使用显式声明——这是显式专业化的领域，因为它们与普通声明并没有真正的不同。事实上，C++0x 将 3.6.2 的措辞更改为以下内容：

具有静态存储持续时间的非本地对象的动态初始化可以是有序的，也可以是无序的。
显式专用类模板静态数据成员的定义已有序初始化。其他
类模板静态数据成员（即隐式或显式实例化的专门化）具有无序初始化。

---

这对您的代码意味着：

• [1] 和 [2] 注释：没有引用静态数据成员存在，因此它们的定义（也不是它们的声明，因为不需要实例化 B）不会被实例化。没有副作用发生。
• [1] 未注释：使用 B::getB()，它本身使用 B： :mB，这要求静态成员存在。该字符串在 main 之前初始化（无论如何在该语句之前，作为初始化非本地对象的一部分）。没有任何内容使用 B::mInit，因此它不会被实例化，因此不会创建 B::InitHelper 的对象，这使得它的构造函数不被创建正在使用，这反过来永远不会为 B::mB 分配某些内容：您只会输出一个空字符串。
• [1] 和 [2] 未注释：这对你有用就是运气（或者相反:) ）。如上所述，对于初始化调用的特定顺序没有要求。它可能在 VC++ 上工作，在 GCC 上失败，在 clang 上工作。我们不知道。
• [1] 已评论，[2] 未评论：同样的问题 - 再次出现，两者 静态数据成员被使用：B::mInit被B::getHelper使用，并且实例化B::mInit 将导致其构造函数被实例化，它将使用 B::mB - 但对于您的编译器来说，顺序是不同的此特定运行（未指定的行为不需要在不同运行之间保持一致）：它首先初始化 B::mInit，它将对尚未构造的字符串对象进行操作。

Answer 2

问题是您为静态成员变量给出的定义也是模板。

template<class T>
std::string B<T>::mB;
template<class T>
typename B<T>::InitHelper B<T>::mInit;

在编译期间，这实际上没有定义任何内容，因为 T 是未知的。它类似于类声明或模板定义，编译器在看到它时不会生成代码或保留存储。

当您使用模板类时，定义会在稍后隐式发生。因为在出现段错误的情况下，您不使用 B::mInit，因此永远不会创建它。

解决方案是显式定义所需的成员（而不对其进行初始化）： 将源文件 a 放在某处

template<>
typename B<int>::InitHelper B<int>::mInit;

这与显式定义模板类的工作方式基本相同。

Answer 3

• [1]未注释的情况：
  没关系。 static InitHelper B::mInit 不存在。如果不使用模板类（结构）的成员，则不会编译。

• [1]和[2]未注释的情况：
  没关系。 B::getHelper() 使用 static InitHelper B::mInit 且 mInit 存在。

• [1]已评论，[2]未评论：
  它在 VS2008 中适用于我。