是典型的C++工厂类的实现有缺陷吗？

Question

我需要在C++中实现工厂类，但是当我思考这个问题时，我发现了一个我无法解决的大问题，并且我发现周围所有工厂实现示例都存在同样的缺陷。我可能是错的，但请告诉我原因。

所以这里是简单的“典型”工厂实现，它允许我在不更改工厂类的情况下注册新对象。

//fruit.h
class Fruit
{
protected :
  int count;
public :
  Fruit(int count) : count(count) {}
  virtual void show() = 0;
};

// factory.h
/** singleton factory */
class Factory
{
  typedef Fruit* (*FruitCreateFunction)(int);
  static Factory* factory;
  std::map<std::string, FruitCreateFunction> registeredFruits;
public :
  static Factory& instance()
  {
    if (factory == NULL)
      factory = new Factory();
    return *factory;
  }
  bool registerFruit(const std::string& name, Fruit* (createFunction)(int))
  {
    registeredFruits.insert(std::make_pair(name, createFunction));
    return true;
  }
  Fruit* createFruit(const std::string& name, int count)
  {
    return registeredFruits[name](count);
  }
};

//factory.cpp
Factory* Factory::factory = NULL;

//apple.h
class Apple : public Fruit
{
  static Fruit* create(int count) { return new Apple(count); }
  Apple(int count) : Fruit(count) {}
  virtual void show() { printf("%d nice apples\n", count); };  
  static bool registered;
};

// apple.cpp
bool Apple::registered = Factory::instance().registerFruit("apple", Apple::create);

//banana.h
class Banana : public Fruit
{
  static Fruit* create(int count) { return new Banana(count); }
  Banana(int count) : Fruit(count) {}
  virtual void show() { printf("%d nice bananas\n", count); };  
  static bool registered;
};

// banana.cpp
bool Banana::registered = Factory::instance().registerFruit("banana", Banana::create);

// main.cpp
int main(void)
{
  std::vector<Fruit*> fruits;
  fruits.push_back(Factory::instance().createFruit("apple", 10));
  fruits.push_back(Factory::instance().createFruit("banana", 7));
  fruits.push_back(Factory::instance().createFruit("apple", 6));
  for (size_t i = 0; i < fruits.size(); i++)
    {
      fruits[i]->show();
      delete fruits[i];
    }
  return 0;
}

好的，这段代码看起来很奇特并且可以工作，但是这里有一个但是：

C++ 标准不允许我定义全局（静态）变量的定义顺序。

我这里有 3 个静态变量

Apple::registered;
Banana::registered;
Factory::factory;

Factory::factory 指针需要在 Apple（或 Banana）::registered 变量之前定义为 NULL ，或者 Factory::instance 方法将使用未初始化的值，并且行为不可预测。

那么，我在这里没有得到什么？代码真的只是偶然才起作用吗？如果是这样，我应该如何解决这个问题？

Answer 1

在任何初始化器运行之前，所有全局 POD 数据都保证被初始化为常量值。

因此，在程序开始时，在进行任何寄存器调用之前以及运行 main 之前，指针自动为 NULL 并且所有布尔值都为 false。然后初始化程序运行，包括您的寄存器调用。

编辑：具体而言，根据标准（3.6.2.2：非本地对象的初始化）：

一起，零初始化和
调用常量初始化
静态初始化；所有其他
初始化是动态的
初始化。静态初始化
应在任何动态之前执行
进行初始化。

Answer 2

所有静态变量都在程序开始运行之前初始化。它们在编译时设置并直接烘焙到可执行文件中。

当一个静态变量依赖于另一个静态变量时，就会出现唯一的问题：

在 a.hpp 中：

static int a = 1;

在 b.hpp 中：

extern int a;
static int b = a;

静态变量初始化的顺序没有明确定义，因此在此示例中 b 可能为 1，也可能不是 1。只要您的变量不相互依赖，就可以了。此外，如果您没有给出初始值，静态成员默认设置为零。

Answer 3

我倾向于看到 Factory 的“实例”方法实现如下：

static Factory& instance()
{
    static Factory *factory = new Factory();
    return *factory;
}

但是，重点是对实例的所有访问都通过静态实例方法运行。例如，注册两个水果类的调用使用 Factory::instance() 来获取单例，这将保证 Factory::factory 的初始化程序已执行。在我发布的替代实现中，静态初始化仅在第一次调用该方法时发生。

Apple::registered 和 Banana::registered 可能出现的问题取决于它们的使用地点。在发布的代码中根本没有使用它们。如果分别仅在 apple.cpp 和 Banana.cpp 中使用，则初始化顺序不存在问题。