c++ - 在 main 之前将内容插入模板类的静态容器中

Question

我想构建一个仅包含静态数据成员和函数的模板类，基本上是带有一些内部数据的函数集合，我想填充代码的各个部分。我试图在到达 main() 之前将内容插入数据成员中。这对于非模板类来说效果很好，但对于模板类我似乎不知道如何让它工作。

代码如下:

#include <iostream>
#include <vector>

class Foo{
private:
    static std::vector<unsigned> content;
public:
    static void insert(unsigned u){ content.push_back(u); }
    static size_t size(){ return content.size(); }
};
std::vector<unsigned> Foo::content=std::vector<unsigned>();

struct Bar{ 
    Bar(){ Foo::insert(0);  }
} bar; 
// this works fine in gcc, but is this consistent or am I lucky?
// Foo::content will contain 0 prior to entering main

template <typename T>
class Quux{
private:
    static std::vector<T> content;
public:
    static void insert(T t){ content.push_back(t); }
    static size_t size(){ return content.size(); }
};
template <typename T>
std::vector<T> Quux<T>::content=std::vector<T>();

struct Wobble{ 
    Wobble(){ Quux<unsigned>::insert(0);    }
} wobble;  
// this does not work
// Quux<unsigned>::content will be empty prior to entering main

int main(){

    std::cout << Foo::size() << std::endl;  
    // outputs 1, as desired

    std::cout << Quux<unsigned>::size() << std::endl;   
    // outputs 0, makes me sad :(

    Wobble wobble2;
    std::cout << Quux<unsigned>::size() << std::endl;   
    // outputs 1, as desired
}

输出:

1
0
1

Foo是非模板类，我可以在 Foo::content 中插入内容运行之前main()通过结构Bar正好。我希望这是一贯的行为而不是我运气好？

当我尝试对模板类执行相同的操作时 Quux<T>不过，看来还得等到main()在我可以添加东西之前。有人可以解释为什么这是必要的以及(希望)解决这个问题的方法吗？我认为这与模板实例化的时间有关，但我无法弄清楚到底为什么。我期望 Quux<unsigned>在以下情况后完全可用:

struct Wobble{ 
    Wobble(){ Quux<unsigned>::insert(0); }
} wobble;  

我在这里缺少什么？为什么我可以在 main 之前向非模板化类添加内容通过bar但我不能通过 wobble 做同样的事情吗？ ？有没有办法获得与Foo中相同的行为和Bar使用模板类？

Answer 1

[basic.start.init]/2

Definitions of explicitly specialized class template static data members have ordered initialization. Other class template static data members (i.e., implicitly or explicitly instantiated specializations) have unordered initialization. [...] Variables with ordered initialization defined within a single translation unit shall be initialized in the order of their definitions in the translation unit. [...] Otherwise, the unordered initialization of a variable is indeterminately sequenced with respect to every other dynamic initialization.

据我了解，您有未定义的行为，如 Quux<unsigned>::content 的初始化与 wobble 的初始化不确定地排序:

[介绍.执行]/13

Evaluations A and B are indeterminately sequenced when either A is sequenced before B or B is sequenced before A, but it is unspecified which.

也就是说，您的程序有可能访问未动态初始化的 Quux<unsigned>::content .

显式特化解决了问题。

---

请注意，在任何动态初始化之前，都会发生零初始化。因此，可以使用指针和动态内存分配来克服初始化顺序的问题:

template <typename T>
class Quux{
private:
    static std::vector<T>* content;
    static void create() { if(!content) content = new std::vector<T>; };
public:
    static void insert(T t){ create(); content->push_back(t); }
    static size_t size(){ create(); return content->size(); }
};
template <typename T>
std::vector<T>* Quux<T>::content;

这会在程序结束时引入“内存泄漏”；如果这是一个问题，您可以添加一个删除器对象，即删除 content 的另一个静态数据成员自行销毁(半个 RAII)。