[Effective C++ --009]确定对象被使用前已先被初始化

在确保对象在使用前已先被初始化这一条款的编码实践中，作者为我们总结了三条经验，它们分别是：
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ⅰ. 手工初始化内置类型对象
ⅱ. 构造函数最好使用成员初值列，而不要在构造函数内使用赋值操作，其排列次序应和他们在类中声明的次序相同
ⅲ. 用local static对象替换non-local static对象，以避免“跨编译单元的初始化次序”问题
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下面我们就一条一条的来解读作者的这三条经验。

□第一节. 手工初始化内置类型对象

在解读这条经验之前，我们先来看一段简单的程序让大家对“对象初始化先行”的重要性有一个认识。
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1| #include <iostream>
2| using namespace std;
3|
4| int main(){
5|
6| int x;
7| cout<<x<<endl;
8|
9| system("pause");
10| return 0;
11| }
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问题：上面的代码输出什么？
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1| Windows： 不定值
2| Linux： 不定值
3| Unix： 0
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看，多么危险的一件事。什么？看不出危险，好吧！试想，假如变量x里面是你的银行存款。1. 银行采用Windows做服务器，假如x的值是198812282，你会因掠夺银行财富而进某某*；2. 银行用了Unix系统，你会忍气吞声吗？当然，这只是一个玩笑，不过透过这个玩笑，让我们对变量的初始化先行的重要性有了更深的认识。
为什么变量要初始化呢？初始化和不初始化有什么区别呢？一切高级语言的本质都是汇编码，我们究其本质，来看下面的代码片段：
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1| int x; | int x = 0;
2| cout<<x<<endl; | cout<<x<<endl;
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1| mov eax,dword ptr [__imp_std::endl (10D2040h)] | mov eax,dword ptr [__imp_std::endl (0CC2040
2| mov ecx,dword ptr [esp] | mov ecx,dword ptr [__imp_std::cout (0CC2044
⇒3| push eax | push eax
⇒4| push ecx | push 0
5| mov ecx,dword ptr [__imp_std::cout (10D2044h)] |
6| call dword ptr [__imp_std::basic_ostream<char,std... | call dword ptr [__imp_std::basic_ostream<cha
7| mov ecx,eax | mov ecx,eax
8| call dword ptr [__imp_std::basic_ostream<char,std... | call dword ptr [__imp_std::basic_ostream<cha
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从汇编码中，我们可以看出：
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▲.未初始化变量的程序会将栈顶指针esp指向的未知值放到寄存器ecx里，然后压栈供后面的cout使用；初始化变量的程序则将数值0压栈，供后面的cout使用。
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由于main也是一个函数，它内部的所有变量都是存储在栈里的，倘若栈里的值没有被初始化，那么就会得到一块"脏数据",运行结果就成了不可期待的了，这非常危险。因此，上面的内置类型对象x在声明之后，就应该被手动的初始化"x = 0"。

□第二节. 构造函数最好使用成员初值列，而不要在构造函数内使用赋值操作，其排列次序应和他们在类中声明的次序相同

内置类型的对象我们是可以手动初始化的，而其外的任何其他对象就需要构造函数出场了。那成员初值列是什么？我们仍然以一个示例程序作为开始，然后展开讨论。
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1| #include <iostream>
2| #include <string>
3| using namespace std;
4|
5| class MyType{
6| };
7|
⇒ 8| class A{
⇒ 9| public:
⇒10| A(){
⇒11| this->m_IntValue = 0;
⇒12| this->m_StrValue = "";
⇒13| this->m_MyType = 0;
⇒14| }
15| private:
16| int m_IntValue;
17| string m_StrValue;
18| MyType *m_MyType;
19| };
20|
21| int main(){
22| A a;
23| return 0;
24| }
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你是不是这样写构造函数的呢？我也是这样写构造函数的，至少在阅读这个条款之前。但是今天的条款04认为这样的写法欠妥，为什么呢？来看看作者的理由：
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ⅰ. C++规定，对象的成员变量初始化动作发生在进入构造函数本体之前
ⅱ. 上面写法是赋值，而不是初始化，对于对象，赋值操作的效率要比初始化低
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1.1. C++规定，对象的成员变量初始化动作发生在进入构造函数本体之前
这一点比较坑爹，它说了“C++规定”，我找了好多资料都没提到这一点。先不管这些，我们按照他说的来改造我们的构造函数，于是我们的类A变成了下面的样子：
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1| class A{
2| public:
3| A():m_IntValue(0), m_StrValue(""),m_MyType(0){
4| }
5| private:
6| int m_IntValue;
7| string m_StrValue;
8| MyType *m_MyType;
9| };
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关于上面的修改，以下内容援自《Effective C++》侯捷译第三版来进行说明：
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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首先调用default构造函数为成员对象设初值，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（member initialization list）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，被拿去作为各成员变量之构造函数的实参。
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1.2. 上面写法是赋值，而不是初始化，对于对象，赋值操作的效率要比初始化低

我并不相信，所以写了一个测试程序，看看到底效率有没有差异，测试代码如下：
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1| int i = 0;
2| DWORD start_time = GetTickCount();
3| {
4| for(i = 10; i < 10000; i++){
5| A a;
6| }
7| }
8| DWORD end_time = GetTickCount();
9| cout<<end_time - start_time<<endl;
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==测试结果（Debug)==
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成员初值列初始化 手动赋值初始化
i=1000 : 0 0
i=10000 : 16 62
i=100000 : 201 256
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上面的结果或许能支撑作者的观点吧！好吧，数据面前说话，我们姑且认为作者是对的。

□第三节. 用local static对象替换non-local static对象，以避免“跨编译单元的初始化次序”问题

这个问题要稍微复杂一点了，至少作者用了很大的篇幅来描述他的问题和观点。而我觉得理解这一点的核心就三点：
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ⅰ. 理解什么是local static和non-local static
ⅱ. 理解什么是跨编译单元和初始化次序
ⅲ. 为什么将non-local static变成local static就能避免初始化次序问题
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3.1. 理解什么是local static和non-local static
理解二者最好的方法就是看一段代码：
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1| #include <iostream>
2| using namespace std;
3|
4| // 该静态变量不再函数中，因此是non-local static的
5| static int non_local_static_value = 10;
6|
7| void test(){
8| // 该静态变量在函数中，因此是local static的
9| static int local_static_value = 10;
10| }
11|
12| int main(){
13| return 0;
14| }
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这就不用细说了，不过需要提醒一下，local static的变量可以存在的位置有：class内、函数内、file作用域。non-local static的变量可以存在的位置：global、namespace内。

3.2. 理解什么是跨编译单元和初始化次序
所谓编译单元，是指单独生成目标文件的那些源码，比如我们在配置编译文件时，经常看到Makefile里有OBJ=XXX的字样，这就是目标文件。而跨编译单元的意思是我在A目标文件里使用B目标文件中的变量。要跨编译单元访问，我们有一个关键字extern。示例代码如下：
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1| class MyType{
2| };
3| extern MyType mt; // 这句代码告诉其他编译单元，mt这个全局变量你们是可以使用的
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所谓初始化序列，是指构造函数在为其成员变量初始化时的顺序。当然，这里并不仅仅指成员变量的初始化次序，还有全局的变量，静态变量等。这里关于次序有一个问题，试想，如果成员变量m_A的值需要由m_B计算而来，那么谁先初始化呢？当然是m_B了。类的构造函数是按照其成员变量声明次序来初始化的。但是跨编译单元的non-local static变量初始化是没有这样一个顺序的。那么我们就有了一个大问题了。
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★问题：因为没有严格的初始化次序规定，有极大的可能，A编译单元使用了还没有初始化的B编译单元里的non-local static变量。
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3.3. 为什么将non-local static变成local static就能避免初始化次序问题
在解释这一点之前，我们将作者给的解决方案的代码贴出来：
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1| class MyType{
2| };
3| // 这里定义了全局函数来将non-local static的变量变为local static
4| MyType& GetMT(){
5| static MyType mt;
6| return mt;
7| }
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这样做的根据是什么呢？那是因为C++有下面这样一条规定：
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★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。
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■总结■

1. 对内置类型，如int、double、float、char等，声明变量后，要手工初始化对象
2. 对内置类型对象以外的对象，要用构造函数初始化，最好使用成员初值列，而不要在构造函数内使用赋值操作，其排列次序应和他们在类中声明的次序相同
3. 对跨编译单元的对象，要用全局函数将non-local static变为local static对象