EffectiveC++详解：条款04-确定对象被使用前已被初始化

@Author：CSU张扬
@Email：[email protected] or [email protected]
@我的网站: https://www.cppbug.com

条款04-确定对象被使用前已被初始化

对象的初始化动作何时一定发生，何时不一定发生，这些规则太过复杂。最佳的处理办法就是：永远在使用对象之前将它初始化。

• 对于内置类型，我们必须手动完成初始化。例如：

    int x = 0;
    const char *str = "A C-style String";
  
    double d;
    std::cin >> d;  // 以读取输入流的方式初始化
  

• 对于其他类型，初始化由构造函数完成，我们要确保每一个构造函数都将对象的每一个成员初始化。

1. 切勿混淆赋值和初始化

例如：

class PhoneNumber { ... };
class ABEntry {
public:

private:
    string theName;
    list<PhoneNumber> thePhones;
    int num;
}
ABEntry::ABEntry(const string& name, const list<PhoneNumber>& phones) {
    theName = name;     // 这些是赋值，而非初始化
    thePhones = phone;
    num = 0;
}

对象的成员变量的初始化动作发生在构造函数本体之前（即 { 之前）。所以上例中这些是赋值，而非初始化。例如 theName 它会先调用 string 类的默认构造函数，再对它进行赋新值。

构造函数应该使用成员初值列代替赋值动作，下面的 theName 直接调用 string 类的拷贝构造函数。

ABEntry::ABEntry(const string& name, const list<PhoneNumber>& phones) :
                 theName(name), thePhones(phone), num(0) { }

• 对于大多数类型而言，先调用默认构造函数再赋值 没有 只调用一次拷贝构造函数高效。
• 对于内置对象而言，初始化和赋值的成本相同。

注意： 如果成员变量是 const 或者是 引用，就更不能用赋值。

2. 内置类型的赋值操作移到函数里，以避免重复的工作

许多类拥有多个构造函数，如果某个类含有许多成员变量和基类，多份成员初值列就会导致重复的工作。在成员初值列中合理的遗漏那些 “赋值和初始化成本相同” 的成员变量，并将这些 赋值操作 移动到某个函数里（通常是 private），供所有构造函数使用。

在 成员变量的初值由文件或者数据库导入时 特别适用。

3. 成员初始化次序

3.1 类的成员初始化次序

1. 基类更早于其派生类初始化。
2. 类的成员变量初始化次序和声明次序相同，与成员初值列的次序无关。

例如 array 必须要知道维度大小，所以一定要保证次序。

3.2 不同编译单元内的 non-local static 对象的初始化次序

函数内的静态对象是 local static，其他静态对象是non-local static。

假设在两个文件里，每个都至少含有一个 non-local static 对象。若某文件里的 non-local static 对象的初始化使用了另一个文件里的 non-local static 对象，它所用到的这个对象可能未被初始化，因为 C+++ 对于 “定义于不同编译单元内的对象” 的初始化次序没有明确规定。

例如：

1. 某个文件系统：

   class FileSystem {
   public:
       ... ...
       size_t numDisks() const;
       ... ...
   };
   extern FileSystem tfs;
   

2. 客户用于处理文件系统的目录

   class Directory {
   public:
       ... ...
       Directory( params ) {
           ... ...
           size_t disks = tfs.numDisks();
           ... ...
       }
   };
   Directory tempdir( params );
   

这里的初始化的次序非常重要：除非 tfs 在 tempDir 之前先被初始化，否则 tempDir 的构造函数会用到尚未初始化的 tfs。我们如何确定 tfs 会在 tempDir 之前被初始化呢？

一个解决办法是：将每个 non-local 对象搬到自己的专属函数内（该对象在此函数内被声明为 static），函数返回一个引用绑定它所含的对象。然后用户调用这个函数，而不是直接使用其中的对象。（Singleton模式）

C++保证函数内的 local static 对象会在 调用该函数时，首次遇到该表达式时，被初始化。

这样不仅解决了初始化次序问题，并且如果你从未调用这个函数（从未有需求使用这个对象），就绝不会引发构造和析构的成本。真正的 non-local static 对象可不会这样。

我们修改代码：

    class FileSystem {
    public:
        ... ...
        size_t numDisks() const;
        ... ...
    };
    FileSystem& tfs() {
        static FileSystem fs;
        return fs;
    }

    class Directory {
    public:
        ... ...
        Directory( params ) {
            ... ...
            size_t disks = tfs().numDisks();
            ... ...
        }
    };
    Directory& tempdir() {
        static Directory td;
        return td;
    }

当然这种 reference-returning 函数可以，避免初始化次序问题，前提是两个对象有着合理的次序。如果对象A必须在对象B前初始化，但A的初始化又受制于B是否已经初始化，这种情况无法解决，应该避免这种情况发生。

4. 总结

• 为内置类型进行手动初始化，因为C++不保证初始化它们。
• 构造函数最好使用成员初值列，而不要在构造函数本体内使用赋值操作。成员初值列的成员变量的次序应该和声明次序相同。
• 为了避免 “不同编译单元的初始化次序” 问题，用 reference-returning 函数内的 local static 对象替代 non-local static 对象。