C++静态构造函数

偏执的太偏执、 2022-03-17 02:14 274阅读 0赞

# C++静态构造函数 #

如果数据成员被声明为static，那么它在编译时就必须被初始化。仅含static的则放在类之外，实现文件之中；同时含有const的则放在类之内，直接跟在数据的定义之后。

在实际代码编写中碰到的问题是：static成员的初始化比较的复杂，步骤较多，需要调用另一个函数来完成。此时，简单使用赋值语句就不太能完成那些目的。

这个问题来源于在OpenGL中想使用gluCylinder()函数，该函数需要传入一个指向GLUquadric 对象的指针。其初始化的过程如下：

GLUquadric \* quad = gluNewQuadric();

gluQuadricDrawStyle(quad, GLU\_FILL);

gluQuadricNormals(quad, GLU\_SMOOTH);

将要画的图抽象成了一个类，将gluCylinder()的画图过程封装在了一个函数之中。可以看出quad实际上只是用来指示所画的图形的样式和表面向量的计算方式。因此，完全可以定义为static让所有类对象共享。

于是就碰到了static初始化难的问题。同样的问题还可能发生在**容器****(Container)****类型**中，比如想要对static的容器类型装入一些初始的值。

如果是C\#，它提供了静态构造函数(static constructor)。在[MSDN上，对于静态构造函数的表述][MSDN]如下：

1.  静态构造函数既没有访问修饰符，也没有参数。
2.  在创建第一个实例或引用任何静态成员之前，将自动调用静态构造函数来初始化类。
3.  无法直接调用静态构造函数。
4.  在程序中，用户无法控制何时执行静态构造函数。
5.  静态构造函数的典型用途是：当类使用日志文件时，将使用这种构造函数向日志文件中写入项。
6.  静态构造函数在为非托管代码创建包装类时也很有用，此时该构造函数可以调用LoadLibrary方法。
7.  如果静态构造函数引发异常，运行时将不会再次调用该构造函数，并且在程序运行所在的应用程序域的生存期内，类型将保持未初始化。

可惜C++没有提供静态构造函数的构造方式，只能另辟蹊径来寻求解决方案：

1.  提供一个静态(非静态亦可)辅助函数来完成初始化操作；
2.  放弃static修饰符，让每个类都有自己的一份。

对于方案1，我们就需要在使用静态成员之前，在代码中显示地调用一次初始化函数。这就没有C\#静态构造函数“**自动**”、“**隐式**”的优点了。但是一旦忘记调用初始化方程，就会得到错误的数据。而且遗忘的可能性又是如此之大。

当然可以限定成Get方法，在调用数据的地方（无论是类外部，还是类其他函数的调用）都使用Get方法，这样我们可以一定程度上做到“自动”和“隐式”。

当然我们需要防止成员被初始化两次以上。对于指针类型，我们可以用判断是否为空指针来辨别是否已经初始化了（这就相当于是个Singleton Pattern）；对于容器类型，我们可以判定容器内成员的数目来辨别（如果我们的初始话数目是一定的）。但是如果是一个普通的对象，似乎就需要多一个标记来进行指示了。

class Picture

public:

virtual ~Picture()\{\}

GLUquadric\* GetQudric()

//General way to avoid twice initialization.

static bool inited = false;

if (!inited)

quad = gluNewQuadric();

gluQuadricDrawStyle(quad, GLU\_FILL);

gluQuadricNormals(quad, GLU\_SMOOTH);

inited = true;

return quad;

protected:

static GLUquadric\* quad;

\};

GLUquadric\* Picture::quad;

对于方案2，如果在OpenGL里面需要的成员只是作为辅助，显然没有问题。可是假如就是希望能够对数据进行共享的话，自然就失去了意义。

其实很多问题，前人都已经做了优美的解决方法，主动学习要好于闭门造车。所以Google一下，在[stackoverflow][]高手们就给了一个更加接近于静态构造函数的方法：

To get the equivalent of a static constructor, you need to write a separate ordinary class to hold the static data and then make a static instance of that ordinary class.

将需要使用static的数据用一个普通类来进行封装，在该类的构造函数中进行所需的初始化步骤。然后在原来的类中定义一个该类的静态对象。

以我所需的GLUquadric为例，我构建了一个新的Quadric类，该类具有GLUquadric指针成员，并且提供了一个对外的接口。然后，我在要使用的GLUquadric的静态指针对象类里，改用Quadric静态对象。这样我们就能做到了隐式地自动地进行初始化了。

// Header File

\#ifndef QUADRIC\_H

\#define QUADRIC\_H

class Quadric

public:

Quadric()

quad = gluNewQuadric();

gluQuadricDrawStyle(quad, GLU\_FILL);

gluQuadricNormals(quad, GLU\_SMOOTH);

~ Quadric()\{ if(quad)gluDeleteQuadric(quad); \}

GLUquadric \* Object()\{return quad;\}

private:

GLUquadric \* quad;

\};

class Picture

public:

virtual ~Picture()\{\}

void DrawTrunk();

protected:

static Quadric quadric;

\};

\#endif

// Implementation File

// Definition static member data

Quadric Picture::quadric;

void Picture::DrawTrunk()

glPushMatrix();

glRotated(-90, 1, 0, 0);

glColor3f(0.625, 0.14, 0.14);

glScalef(7, 7, 21);

gluCylinder(quadric.Object(), 1, 1, 1, 20, 20);

glPopMatrix();

如果所用静态数据是对象而非指针的话，对外的接口返回类型可以从指针换成引用类型。

另外，因为我们有类将其包裹，所以我们可以把数据的销毁过程也封装在类的析构函数之中。不过因为对象是以static形式被使用的，所以从程序开始被创建，直到程序结束被自动销毁。所以大部分时候，其实不需要去考虑析构的问题。

唯一的不足，可能就是原本是直接调用需要的对象或直接，现在则需要通过新类的接口访问。

不过我们也可以重载一些转换运算符来一定程度的规避这个问题：

class Quadric

public:

Quadric()

quad = gluNewQuadric();

gluQuadricDrawStyle(quad, GLU\_FILL);

gluQuadricNormals(quad, GLU\_SMOOTH);

~ Quadric()\{ if(quad)gluDeleteQuadric(quad); \}

GLUquadric \* Object()\{return quad;\}

//operators overloading

operator GLUquadric \*()\{ return quad; \}

operator GLUquadric &()\{ return\* quad; \}

GLUquadric& operator \*()\{ return\* quad; \}

private:

GLUquadric \* quad;

\};

[MSDN]: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/k9x6w0hc.aspx
[stackoverflow]: http://stackoverflow.com/questions/1197106/static-constructors-in-c-need-to-initialize-private-static-objects