条款04：确定对象被使用前已先被初始化
问题提出
关于"将对象初始化"这事，C++ 似乎反复无常。
（1）如果你这么写：
int x;
在某些语境下x保证被初始化（为0），但在其他语境中却不保证。
（2）如果你这么写：
class Point
{
int x, y;
};
...
Point p;
p的成员变量有时候被初始化（为0），有时候不会。
所以，如果你来自其他语言阵营而那儿并不存在"无初值对象"，那么请小心，因为这颇为重要。（对于内置类型或者用户自定义类型，Java和C#都提供变量的默认值，也就是默认初始化）。
读取未初始化的值会导致不明确的行为。在某些平台上，仅仅只是读取未初始化的值，就可能让你的程序终止运行。更可能的情况是读入一些"半随机"bits，污染了正在进行读取动作的那个对象，最终导致不可测知的程序行为，以及许多令人不愉快的调试过程。
通常如果你使用C part of C++（见条款1）而且初始化可能招致运行期成本，那么就不把变量默认初始化。一旦进入non-C parts of C++，规则有些变化。这就很好地解释了为什么array（来自C part of C++）不保证其内容被初始化，而vector（来自STL part of C++）却有此保证。
解决办法
表面上这似乎是个无法决定的状态，而最佳处理办法就是：永远在使用对象之前先将它初始化。
（1）对于无任何成员的内置类型，你必须手工完成此事。例如：
int x = 0; //对int进行手工初始化 const char* text = "A C-style string";//对指针进行手工初始化 //（亦见条款3） double d; std::cin >> d; //以读取input stream 的方式完成初始化.
（2）至于内置类型以外的任何其他东西，初始化责任落在构造函数（constructors）身上。规则很简单：确保每一个构造函数都将对象的每一个成员初始化。
这个规则很容易奉行，重要的是别混淆了赋值（assignment）和初始化（initialization）。考虑一个用来表现通讯簿的class，其构造函数如下：
class PhoneNumber
{ ... };
class ABEntry //ABEntry = "Address Book Entry"
{
public:
ABEntry(const std::string& name, const std::string& address, const std::list<PhoneNumber>& phones);
private:
std::string theName;
std::string theAddress;
std::list<PhoneNumber> thePhones;
int numTimesConsulted;
};
ABEntry::ABEntry(const std::string& name, const std::string& address, const std::list<PhoneNumber>& phones)
{
theName = name; //这些都是赋值（assignments）,
theAddress = address;//而非初始化（initializations）。
thePhones = phones;
numTimesConsulted = 0;
}
这样的代码可以使ABEntry对象带有你期望的值，但是并不是最佳的做法。
C++ 规定，对象的成员变量的初始化动作发生在进入构造函数本体之前。在ABEntry构造函数内，theName, theAddress和thePhones都不是被初始化，而是被赋值。初始化的发生时间更早，发生于这些成员的default构造函数被自动调用之时（比进入ABEntry构造函数本体的时间更早）。但是numTimesConsulted并不是这样的，因为它属于内置类型，可能default构造函数被自动调用之时并没有初始化这个内置类型。因为内置类型的变量初始化必须手工完成。
所以ABEntry构造函数一个较好的写法是：使用所谓的成员初始化列表替换赋值动作：
ABEntry::ABEntry(const std::string& name, const std::string& address,
const std::list<PhoneNumber>& phones)
:theName(name),
theAddress(address), //现在，这些都是初始化（initializations）
thePhones(phones),
numTimesConsulted(0)
{ } //现在，构造函数本体不必有任何动作
这个构造函数和上一个的最终结果相同，但通常效率较高。基于赋值的那个版本（本例第一版本）首先调用default构造函数为theName, theAddress和thePhones设初值，然后立刻再对它们赋予新值（没有对内置的类型进行初始化）。default构造函数的一切作为因此浪费了。成员初始化列表的做法（本例第二版本）避免了这一问题，因为初值列中针对各个成员变量而设的实参，被拿去作为各成员变量的构造函数的实参（不再调用default的构造函数）。本例中的theName以name为初值进行copy构造，theAddress以address为初值进行copy构造，thePhones以phones为初值进行copy构造。
对大多数类型而言，比起先调用default构造函数然后再调用copy assignment操作符，单只调用一次copy构造函数是比较高效的，有时甚至高效得多。对于内置型对象如numTimesConsulted，其初始化和赋值的成本相同，但为了一致性最好也通过成员初值列来初始化。同样道理，甚至当你想要default构造一个成员变量，你都可以使用成员初值列，只要指定无物（nothing）作为初始化实参即可。假设ABEntry有一个无参数构造函数，我们可将它实现如下：
ABEntry::ABEntry( )
:theName(), //调用theName的default构造函数;
theAddress(), //为theAddress做类似动作;
thePhones(), //为thePhones做类似动作;
numTimesConsulted(0)//记得将numTimesConsulted显式初始化为0
{ }
如果哪些成员变量在"成员初值列"中没有被指定初值的话，编译器会为用户自定义类型（user-defined types）的成员变量自动调用default构造函数。因而引发某些程序员过度夸张地采用以上写法。那是可理解的，但请立下一个规则，规定总是在初值列中列出所有成员变量，以免还得记住哪些成员变量（如果它们在初值列中被遗漏的话）可以无需初值。举个例子，由于numTimesConsulted属于内置类型，如果成员初值列（member initialization list）遗漏了它，它就没有初值，因而可能开启"不明确行为"的潘多拉盒子。
有些情况下即使面对的成员变量属于内置类型（那么其初始化与赋值的成本相同），也一定得使用初值列。是的，如果成员变量是const或 references，它们就一定需要初值，不能被赋值（见条款5）。为避免需要记住成员变量何时必须在成员初值列中初始化，何时不需要，最简单的做法就是：总是使用成员初值列。这样做有时候绝对必要，且又往往比赋值更高效。
许多classes拥有多个构造函数，每个构造函数有自己的成员初值列。如果这种classes存在许多成员变量或base classes，多份成员初值列的存在就会导致不受欢迎的重复（在初值列内）和无聊的工作（对程序员而言）。这种情况下可以合理地在初值列中遗漏那些"赋值表现像初始化一样好"的成员变量（内置类型的成员变量或一些初始化成本小的自定义类型），改用它们的赋值操作，并将那些赋值操作移往某个函数（通常是private），供所有构造函数调用。这种做法在"成员变量的初值系由文件或数据库读入"时特别有用。
C++ 有着十分固定的"成员初始化次序"：
（1）base classes更早于其derived classes被初始化（见条款12）。
（2）class的成员变量总是以其声明次序被初始化。
回头看看ABEntry，其theName成员永远最先被初始化，然后是theAddress，再来是thePhones，最后是numTimesConsulted。即使它们在成员初值列中以不同的次序出现（很不幸那是合法的），也不会有任何影响。为避免你或你的检阅者迷惑，并避免某些可能存在的晦涩错误，当你在成员初值列中条列各个成员时，最好总是以其声明次序为次序。
译注：上述所谓晦涩错误，指的是两个成员变量的初始化带有次序性。例如初始化array时需要指定大小，因此代表大小的那个成员变量必须先有初值。
所以对于C++变量的初始化问题注意两点：
（1）小心的将“内置型成员变量”明确的加以初始化。
（2）确保构造函数运行“成员变量初始化列表”，初始化base classes和成员变量。
不同编译单元内定义的non-local static对象的初始化次序
所谓static对象，其寿命从被构造出来直到程序结束为止，因此stack和heap-based对象都被排除。这种对象包括global对象、定义于namespace作用域内的对象、在classes内、在函数内、以及在file作用域内被声明为static的对象。函数内的static对象称为local static对象（因为它们对函数而言是local），其他static对象称为non-local static对象。程序结束时static对象会被自动销毁，也就是它们的析构函数会在main()结束时被自动调用。
所谓编译单元（translation unit）是指产出单一目标文件（single object file）的那些源码。基本上它是单一源码文件加上其所含入的头文件（#include files）。
现在，我们关心的问题涉及至少两个源码文件，每一个内含至少一个 non-local static对象（也就是说该对象是global或位于namespace作用域内，抑或在class内或file作用域内被声明为static）。真正的问题是：如果某编译单元内的某个non-local static对象的初始化动作使用了另一编译单元内的某个non-local static对象，它所用到的这个对象可能尚未被初始化，因为C++ 对"定义于不同编译单元内的non-local static对象"的初始化次序并无明确定义。
实例可以帮助理解。假设你有一个FileSystem class，它让互联网上的文件看起来好像位于本机（local）。由于这个class使世界看起来像个单一文件系统，你可能会产出一个特殊对象，位于global或namespace作用域内，象征单一文件系统：
class FileSystem { //来自你的程序库
public:
...
std::size_t numDisks() const;//众多成员函数之一
...
};
extern FileSystem tfs; //预备给客户使用的对象;
//tfs代表 "the file system"
FileSystem对象绝不是一个稀松平常无关痛痒的（trivial）对象，因此你的客户如果在theFileSystem对象构造完成前就使用它，会得到惨重的灾情。
现在假设某些客户建立了一个class用以处理文件系统内的目录（directories）。很自然他们的class会用上theFileSystem对象：
class Directory { //由程序库客户建立
public:
Directory( params );
...
};
Directory::Directory( params )
{
...
std::size_t disks = tfs.numDisks();//使用tfs对象
...
}
进一步假设，这些客户决定创建一个Directory对象，用来放置临时文件：
Directory tempDir( params ); //为临时文件而做出的目录
现在，初始化次序的重要性显现出来了：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。但tfs和tempDir是不同的人在不同的时间于不同的源码文件建立起来的，它们是定义于不同编译单元内的non-local static对象。如何能够确定tfs会在tempDir之前先被初始化？
喔，你无法确定。再说一次，C++ 对"定义于不同的编译单元内的non-local static对象"的初始化相对次序并无明确定义。这是有原因的：决定它们的初始化次序相当困难，非常困难，根本无解。
幸运的是一个小小的设计便可完全消除这个问题。唯一需要做的是：将每个non-local static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）。这些函数返回一个reference指向它所含的对象。然后用户调用这些函数，而不直接指涉这些对象。换句话说，non-local static对象被local static对象替换了。Design Patterns迷哥迷姊们想必认出来了，这是Singleton模式的一个常见实现手法。
这个手法的基础在于：C++ 保证，函数内的local static对象会在"该函数被调用期间""首次遇上该对象的定义式"时被初始化。所以如果你以"函数调用"（返回一个reference指向local static对象）替换"直接访问non-local static对象"，你就获得了保证，保证你所获得的那个reference将指向一个历经初始化的对象。更棒的是，如果你从未调用non-local static对象的"仿真函数"，就绝不会引发构造和析构成本；真正的non-local static对象可没这等便宜！
以此技术施行于tfs和tempDir身上，结果如下：
class FileSystem { ... }; //同前
FileSystem& tfs() //这个函数用来替换tfs对象；它在
{ //FileSystem class中可能是个static。
static FileSystem fs; //定义并初始化一个local static对象，
return fs; //返回一个reference指向上述对象。
}
class Directory { ... }; //同前
Directory::Directory( params )//同前，但原本的reference to tfs
{ //现在改为tfs()
...
std::size_t disks = tfs().numDisks( );
...
}
Directory& tempDir() //这个函数用来替换tempDir对象；
{ //它在Directory class中可能是个static。
static Directory td; //定义并初始化local static对象，
return td; //返回一个reference指向上述对象。
}
这么修改之后，这个系统程序的客户完全像以前一样地用它，唯一不同的是他们现在使用tfs()和tempDir()而不再是tfs和tempDir。也就是说他们使用函数返回的"指向static对象"的references，而不再使用static对象自身。
这种结构下的reference-returning函数往往十分单纯：第一行定义并初始化一个local static对象，第二行返回它。这样的单纯性使它们成为绝佳的inlining候选人，尤其如果它们被频繁调用的话（见条款30）。但是从另一个角度看，这些函数"内含static对象"的事实使它们在多线程系统中带有不确定性。再说一次，任何一种non-const static 对象，不论它是local或non-local，在多线程环境下"等待某事发生"都会有麻烦。
当然啦，运用reference-returning函数防止"初始化次序问题"，前提是其中有着一个对对象而言合理的初始化次序。如果你有一个系统，其中对象A必须在对象B之前先初始化，但A的初始化能否成功却又受制于B是否已初始化，这时候你就有麻烦了。坦白说你自作自受。只要避开如此病态的境况，此处描述的办法应该可以提供你良好的服务，至少在单线程程序中。
本Item总结
为避免在对象初始化之前过早地使用它们，你需要做三件事。
第一，手工初始化内置型non-member对象。
第二，使用成员初值列（member initialization lists）对付对象的所有成分。
最后，在"初始化次序不确定性"（这对不同编译单元所定义的non-local static对象是一种折磨）氛围下加强你的设计。
请记住
为内置型对象进行手工初始化，因为C++不保证初始化它们。
构造函数最好使用成员初值列（member initialization list），而不要在构造函数本体内使用赋值操作（assignment）。初值列列出的成员变量，其排列次序应该和它们在class中的声明次序相同。
为免除"跨编译单元之初始化次序"问题，请以local static对象替换non-local static对象。不能用某个non-local static object去初始化non-local static object，无论这两个non-local static object在不在同一个编译单元中。
学习链接
（1）使用reference-returning函数，并把这个函数编程inlining，这种Singleleton的设计模式同样可以用在C#或者Java的设计中：
class FileSystem
{
private FileSystem(){} //私有化构造函数
public static FileSystem& GetInstance()
{
private static FileSystem tfs; // 在静态数据区创建static变量，函数的作用域，全局的生存期
}
}
注意：上面的静态变量fts，是在静态数据区的，他是函数的作用域，全局的生存期。也就是说不管你调用几次FileSystem.GetInstance()这个函数，永远只有一份，也就是Singleleton。唯一还需要注意的就是多线程下，对这个全局static变量的访问的问题。
（2）在Effective C++中，有一条是这样的，条款21：必须返回对象时，别妄想返回其reference。注意跟这里的区别：
