调用静态函数时如何构造模板类的静态成员？

Question

我试图更好地了解模板类/结构中静态成员的初始化。

让我们看下面的最小示例（在Coliru 中可用）：

#include <iostream>

struct A {
  int value;
  A(int val) : value{val} { std::cout << "A(" << value << ")\n"; }
};

struct Static {
  static inline A s_a{42};
  
  static void use() {
    std::cout << s_a.value++ << '\n';
    std::cout << s_a.value << '\n';
  }
};

struct User {
   User() {
    Static::use();
  }
};

User s_user{};

int main() {
  return 0;
}

输出是（如我所料）：

A(42)
42
43

现在，我希望能够为不同类型提供多个版本的Static，因此我将其转换为模板（Coliru）：

#include <iostream>

struct A {
  int value;
  A(int val) : value{val} { std::cout << "A(" << value << ")\n"; }
};

template<class T>
struct Static {
  static inline A s_a{42};
  
  static void use() {
    std::cout << s_a.value++ << '\n';
    std::cout << s_a.value << '\n';
  }
};

struct User {
   User() {
    Static<int>::use();
  }
};

User s_user{};

int main() {
  return 0;
}

然后输出是

0
1
A(42)

如您所见，A::value 未初始化使用，A 的构造函数在Static<int>::use 执行后调用。

我可以更改s_a 的定义，使其专门用于高级：

template<class T>
struct Static {
  static A s_a;
  // ...
};

template<> A Static<int>::s_a{42};

它可以正常工作 (Coliru)。对应的是我必须定义每一个专业化，我想让它尽可能容易使用（你可以假设实际代码更复杂）。

所以，我的问题是：

1. 为什么Static<T>::use() 在它（s_a）被初始化之前使用s_a？我可以考虑某种延迟初始化直到专业化（对不起，不知道它的正确名称），并且User< 正在调用一个静态函数，不知何故，与静态属性（只是它们在同一个封装中），但我不知道确切的原因，也不知道标准对此有何规定。

2. 我应该如何更改此代码以获得与非模板版本相同的行为？也就是说，任何Static<T> 的属性都可以在调用其静态方法之前进行初始化。

注意：struct A 只是这里的一个最小示例，在我正在处理的项目中，它是一个基于 Static<T> 的模板化类。

Answer 1

C++ 中的静态初始化是一场噩梦...... C++17 的 n4659 草案在 6.6.3 非局部变量的动态初始化[basic.start.dynamic] §1 中说

如果变量是隐式或显式实例化的特化，则具有静态存储持续时间的非局部变量的动态初始化是无序的，如果变量是不是隐式或显式实例化的特化的内联变量，则它是部分排序的，并且否则订购。

当Static 类没有被模板化时，你有一个部分有序的初始化来保证Static::s_a 的初始化发生在s_user 的初始化之前。但是当你使用模板时，初始化变得无序，实现可以选择它想要的。在我的测试中，gcc 10 给出的结果与你得到的结果相同（s_users 在Static::s_a 之前初始化），但 clang 12 给出了相反的顺序......

您很幸运使用了 gcc 并看到了问题。如果您使用 Clang，您将在开发时继续，问题可能会在以后发生。更糟糕的是，我不确定显式实例化是否真的保证了初始化顺序。如果我正确理解了标准，我会说不，无论如何，我永远不会依赖它来生产代码。