C++静态构造函数

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;

};

<think>好的,用户想了解C++静态成员变量和构造函数中的初始化方法。首先,我需要回顾一下静态成员变量的基本概念。根据引用[1],静态成员变量属于整个类,而不是某个对象,所以初始化必须在类外进行。比如,static std::vector<double> vec; 需要在类外定义和初始化,像int A::_count = 0;这样,引用[3]的例子也说明了这一点。 然后,用户可能混淆了普通成员变量和静态成员的初始化方式。普通成员变量可以在构造函数的初始化列表或者构造函数体内初始化,但根据引用[2],初始化列表才是真正初始化的地方,而构造函数体内是赋值操作。所以需要明确区分两者的不同。 接下来,用户可能想知道静态常量成员的情况。比如,如果静态成员是const的,根据引用[4],如果类型是整数或枚举,可以在类内直接初始化,否则仍需在类外定义。例如,static const int x = 10;可以在类内初始化,但static const double y就需要在类外定义。 另外,用户可能遇到在构造函数中初始化静态变量的需求,但根据规则,静态变量不能在构造函数里初始化,因为属于类而非对象。但可以通过构造函数来修改静态变量,如引用[3]中的例子,用构造函数来递增静态计数器。 还需要考虑模板类和内联静态成员的情况,C++17允许内联静态成员直接在类内初始化,这可能是用户需要的高级用法。 最后,用户可能需要示例代码来理解如何正确初始化和使用静态变量。例如,在类外定义静态变量,构造函数中修改它的值,或者用静态函数获取其值。同时,要注意静态成员函数只能访问静态成员变量,不能访问非静态成员,这点也需要在教程中强调。 总结用户的问题,需要分步骤解释静态成员和普通成员的初始化差异,提供代码示例,并解答常见问题,如const静态成员的初始化、在构造函数中修改静态变量等。确保用户能正确应用这些概念,避免常见的错误,比如在构造函数内初始化静态变量。</think>### C++静态成员变量与构造函数初始化教程 #### 一、普通成员变量初始化方式 1. **构造函数初始化列表**(优先使用) - 初始化列表是成员变量的**实际初始化阶段**,效率高于构造函数体内赋值[^2] - 语法示例: ```cpp class Example { public: Example(int a, double b) : m_a(a), m_b(b) {} private: int m_a; double m_b; }; ``` 2. **构造函数体内赋值** - 此时成员变量已经完成默认初始化,后续操作属于赋值行为[^2] - 示例: ```cpp class Example { public: Example(int a) { m_a = a; } // 此处为赋值操作 private: int m_a; }; ``` #### 二、静态成员变量初始化 1. **基本规则** - 静态成员变量属于类而非对象,需在**类外单独初始化**[^1][^3] - 初始化位置通常在.cpp文件中(不能在头文件中重复初始化) 2. **标准初始化方法** ```cpp class Counter { public: static int count; // 类内声明 }; int Counter::count = 0; // 类外定义并初始化 ``` 3. **const静态成员的特殊处理** - 整型常量可在类内直接初始化: ```cpp class Math { public: static const int MAX = 100; // 允许的整型常量初始化[^4] }; ``` - 非整型常量仍需在类外定义: ```cpp class Physics { public: static const double PI; }; const double Physics::PI = 3.1415926; ``` #### 三、构造函数静态成员的交互 1. **通过构造函数修改静态成员** ```cpp class ObjectCounter { public: ObjectCounter() { ++count; } // 构造函数修改静态变量 ~ObjectCounter() { --count; } static int getCount() { return count; } private: static int count; }; int ObjectCounter::count = 0; // 必须的类外初始化 ``` 2. **静态容器成员的初始化** ```cpp class DataPool { public: static std::vector<double> data; }; std::vector<double> DataPool::data = {1.1, 2.2, 3.3}; // 初始化vector ``` #### 四、综合应用示例 ```cpp class BankAccount { public: BankAccount(double balance) : m_balance(balance) { ++totalAccounts; // 修改静态变量 totalDeposit += balance; } static int getTotalAccounts() { return totalAccounts; } static double getTotalDeposit() { return totalDeposit; } private: double m_balance; static int totalAccounts; // 账户总数 static double totalDeposit; // 总存款 }; // 类外初始化静态成员 int BankAccount::totalAccounts = 0; double BankAccount::totalDeposit = 0.0; ``` #### 五、常见问题解决方案 1. **模板类的静态成员初始化** ```cpp template<typename T> class TemplateExample { public: static T sharedValue; }; template<typename T> T TemplateExample<T>::sharedValue = T(); // 类外初始化模板静态成员 ``` 2. **C++17后的内联静态成员** ```cpp class ModernCpp { public: inline static std::vector<int> values {1,2,3}; // C++17支持内联初始化 }; ```
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