Effective C++ 04 确定对象被使用前已先被初始化 笔记
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。如果你这么写：
2 int x, y;
3 };
4 ...
5 Point p;
p的成员变量有时候被初始化(为0)，有时候不会。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。
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。现在，我们终于有了一些规则，描述“对象的初始化动作何时一定发生，何时不一定发生”。不幸的是这些规则很复杂，对记忆力而言是太繁重了些。
通常如果你使用C part of C++而且初始化可能招致运行期成本，那么就不保证发生初始化。一旦进入non-C parts of C++，规则有些变化。这就很好的解释了为什么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。表面上这似乎是个无法决定的状态，而最佳处理方法就是：永远在使用对象之前先将它初始化。对于无任何成员的内置类型，你必须手工完成此事。例如：
2 const char* text = "A C-style string"; //对指针进行手工初始化
3 double d;
4 std::cin >> d; //以读取input stream的方式完成初始化
至于内置类型以外的任何其他东西，初始化的任务落在构造函数身上，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和初始化。考虑一个用来表现通讯簿的class，其构造函数如下：
2 class ABEntry {
3 ABEntry(const std::string& name, const std::string& address, const std::list<PhoneNumber>& phones);
4 private:
5 std::string theName;
6 std::string theAddress;
7 std::list<PhoneNumber> thePhones;
8 int numTimesConsulted;
9 };
10 ABEntry::ABEntry(const std::string& name, const std::string& address, const std::list<PhoneNumber>& phones)
11 {
12 theName = name; //这些都是赋值而非初始化
13 theAddress = address;
14 thePhones = phones;
15 numTimesConsulted = 0;
16 }
这会导致ABEntry对象带有你期望的值，但不是最佳做法。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)。但这对numTimesConsulted不为真，因为它属于内置类型，不保证一定在你看到的那个赋值动作的时间点之前获得初值。
ABEntry构造函数的一个较佳写法是，使用所谓的member initialization llist(成员初值列)替换赋值动作：
2 :theName(name),
3 theAddress(address), //现在这些都是初始化
4 thePhones(phones),
5 numTimesConsulted(0)
6 { }
这个构造函数和上一个的最终结果相同，但通常效率较高。基于赋值的那种版本首先调用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。default构造函数的一切作为因此浪费了。成员初值列的做法避免了这一问题，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个成员变量之构造函数的实参。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，我们可以将它实现如下：
2 :theName(), //调用theName的default构造函数；
3 theAddress(), //为theAddress做类似动作；
4 thePhones(), //为thePhones做类似动作；
5 numTimesConsulted(0) //记得将numTimesConsulted显示初始化为0
6 { }
由于编译器会为用户自定义类型之成员变量自动调用default构造函——如果那些成员变量在“成员初值列”中没有被指定初值的话，因而引发某些程序员过度夸张地采用以上写法。那是可以理解的，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，它们就一定需要初始化，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，最简单的方法是：总是使用成员初值列。这样做有时候绝对必要，且往往比赋值更高效。
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存在许多成员变量和/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，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。然而，比起经由赋值操作完成的“伪初始化”，通过成员初值列完成的“真正初始化”通常更加可取。
C++有着十分固定的“成员初始化次序”。次序总是相同：base classes更早于其derived classes被初始化(见条款12)，而class的成员变量总是以声明次序被初始化。回头看看ABEntry，theName成员永远最先被初始化，然后是theAddress，再来thePhone，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，比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。
一旦你已经很小心地将“内置型成员变量”明确地加以初始化，而且也确保你的构造函数运用“成员初值列”初始化base classes和成员变量，那就只剩唯一一件事情需要操心，就是“不同编译单元内定义之non-local static对象”的初始化次序。
让我们一点一点地探钻这一长串词组。
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()结束时自动调用。
所谓编译单元就是指产出单一目标文件的那些源码。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，每一个内至少一个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像位于本机。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：
2 public:
3 ...
4 std::size_t numDisks() const; //众多成员函数之一
5 ...
6 };
7 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对象，因此你的客户如果在theFileSystem对象构造完成之前就使用它，会得到惨重的灾难。
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。很自然他们的class会用上theFileSystem对象：
2 public:
3 Directory( params );
4 ...
5 };
6 Directory::Directory( params )
7 {
8 ...
9 std::size_t disks = tfs.numDisks; //使用tfs对象
10 ...
11 }
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：
现在，初始化次序的重要性显现出来了，除非tfs在tempDir之前被初始化，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。如何才能够确定tfs会在tempDir之前先被初始化？
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。在其最常见的形式，也就是多个编译单元内的non-local static对象经由“模板隐式具现化，implicit template instantiations”形成(而后者自己可能也是经由“模板隐式具现化”形成)，不但不可能决定正确的初始化次序，甚至往往不值得寻找“可决定正确次序”的特殊情况。
幸运地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迷哥迷姐们想必认出来了，这就是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”“首次遇上该对象之定义式”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对象可没这么便宜！
以此技术施行于tfs和tempDir身上，结果如下：
2 FileSystem& tfs() //这个函数用来替换tfs对象；它在FileSystem class中可能是static。
3 {
4 static FileSystem fs; //定义并初始化一个local static对象。
5 return fs; //返回一个reference指向上述对象。
6 }
7 class Directory { ... }; //同前
8 Directory::Directory( params ) //同前，但原本的reference to tfs现在改为tfs()
9 {
10 ...
11 std::size_t disks = tfs().numDisks();
12 ...
13 }
14 Directory& tempDir() //这个函数用来替换tempDir对象；它在Directory class中可能是个static。
15 {
16 static Directory td; //定义并初始化local static对象，
17 return td; //返回一个reference指向上述对象。
18 }
这么修改之后，这个系统程序客户完全像以前一样地用它，唯一不同的是他现在用tfs()和tempDir()而不是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。处理这个麻烦的一种做法是：在程序的单线程启动阶段手工调用所有reference-returning函数，这可以消除与初始化相关的“竞速形势(race condition)”。
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之前初始化，但A的初始化成功却又受制于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。
既然这样，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：
1、为内置型对象进行手工初始化，因为C++不保证初始化它们。
2、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。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。
3、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。
