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  • C# vs C++之三:静态构造函数

    在C#中,类的静态构造函数用于在使用类之前进行相关的初始化工作;比如,初始化静态成员或执行特定操作。CLR 在第一次创建该类对象调用该类静态方法时自动调用静态构造函数。同时,CLR保证静态构造函数的线程安全性(准确地说是,只会调用一次,不存在多线程问题)。

    下面是MSDN对静态构造函数特点的描述:

    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

    C++语言规范并未包含类似静态构造函数的东西,但在使用类之前做初始化工作的需求却是客观存在的。就满足需求本身来讲,C++完全可以通过手动方式实现,但要处理好初始化时机,线程安全性等问题。本文则尝试通过C++的模版机制模拟实现静态构造函数,避免手动初始化的繁琐实现。对于需要静态构造函数的类A,只需用继承static_constructable<A>模版类,并提供 static void statici_constructor()静态方法即可:

    class A : static_constructable<A>
    {
    public:
        static void static_constructor() {
            std::cout << "static constructor a" << std::endl;
            s_string = "abc"; //初始化静态数据
        }

        static std::string s_string;

    public:
        A(){
            std::cout << "constructor a" << std::endl;
        }

    private:
        int m_i;
    };

    std::string A::s_string;

    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
        std::cout << "beginning of main" << std::endl;

        assert(sizeof(A) == sizeof(int));//继承不改变A的内存布局
        assert(A::s_string == "");
        A a1;
        assert(A::s_string == "abc");
        A a2;
        std::cout << "end of main" << std::endl;

        return 0;
    }

    输出:

    beginning of main
    static constructor a //创建A对象前自动调用静态构造方法,一次且仅一次
    constructor a
    constructor a
    end of main

    下面是static_constructable类模板的实现:

    template<typename T>
    class static_constructable
    {
    private:
        struct helper{
            helper(){
                T::static_constructor();
            }
        };

    protected:
        static_constructable(){
            static helper placeholder;    
        }
    }

    上面的实现把对A::static_constructor()的回调放到内部类helper的构造函数中;并在static_constructable<A>()中定义一个helper局部静态变量;C++保证在构造派生类 A的对象时,会先调用基类static_constructable<A>的构造函数,且静态局部变量只会构造一次,这样就达到调用一次且仅一次A::static_constructor()的目的。< /span>

    static_constructor类模板简单地模拟了C#的静态构造函数机制,它具有以下特点:

    1. 在第一次构造类对象之前自动调用类提供的静态构造函数
    2. 静态构造函数被调用的时机是确定的
    3. 利用了C++的局部静态变量初始化机制保证了线程安全性(更正:实际并非线程安全,C++标准不涉及多线程问题,而一般编译器实现也非线程安全,更多参见评论部分)
    4. 基于继承的实现机制并未改变派生类的对象内存布局

    不过,和本文开始列出的C#静态构造函数的几个特点相比,本实现还有明显的不足:无法通过调用类A的静态方法触发静态构造函数;类A的静态构造函数必须是public的。希望有更好解决方案的朋友不吝赐教,也欢迎对此话题感兴趣的朋友交流探讨!

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