effective c++ 跨编译单元之初始化次序 笔记
所谓static对象，其寿命从被构造出来知道程序结束为止，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作用域内被生命为static的对象。函数内的static对象称为local static对象，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，也就是他们的析构函数会在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，每一个内含至少一个non-local static 对象。真正的问题是：如果某编译单元内的某个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，它让互联网的文件看起来好像位于本机。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：
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；
FileSystem对象绝不是一个稀松平常无关痛痒的（trival）对象，因此你的客户如果在theFileSystem对象够造完成前就使用它，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 {
public:
....
} ;
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，他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之前被初始化？
喔，你无法确定。再说一次，C++对“定义于不同编译单元内的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：决定他们的初始化次序相当困难，非常困难，根本无解。在其最常见形式，也就是多个编译单元内的non-local static对象经由“模版隐式具现化，implicit template instantiations”形成 （而后者自己可能也是经由“模版隐式具现化”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，而不直接只设这些对象。换句话说，non-local static 对象被local static对象替换了。Design Patterns 迷哥迷妹们想必认出来了，这是Singleton模式的一个常见的实现手法。
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“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将指向一个经理初始化的对象。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 { ... };
FileSystem& tfs()
{
static FileSystem fs;
return fs;
}
class Directory { ... };
Directory::Directory( params )
{
...
std::size_t disk = tfs().numDisks();
...
}
Directory& tempDir()
{
static Directory td;
return td;
}
这么修改之后，这个系统程序的客户端完全像以前一样地用它，唯一不通过的是他们现在使用tfs和tempDir。也就是说他们使用函数返回的“指向static 对象”的references，而不是再使用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称为绝佳的inlining候选人，尤其如果它们被频繁调用的。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（single-threaded startup portion）手工调用所有reference-returning函数，这可消除与初始化有关的“竞速形式”（race conditions）。
淡然啦，运用reference-returning函数防止“初始化次序问题”，前提是其中有一个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。
既然这样，为了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，使用成员初始值列（member initialization lists）对付对象的所有成分。最后，在“初始化次序不确定性”氛围下加强你的设计。
摘自《effective c++》
