C++ - 静的関数をプログラム起動時に呼び出す方法

Question

質問内容

静的メンバ変数 (table1, table2) を初期化するための静的メンバ関数 initialize() があります。
今は「静的メンバ変数にアクセスする前に必ず initialize() を一度呼ぶこと」としているのですが、使う側が呼び出すのを忘れて、静的メンバ変数にアクセスした場合、エラーになってしまいます。

そのようなことがないように、プログラム起動時 (main() より前) に自動に initialize() が呼び出されて、静的メンバ変数を初期化されるようにしたいのですが、そのような方法はありますでしょうか。

よろしくおねがいします。

環境

• C++17

コード

※ 以下のコードでは、メンバ変数の中身がコンパイル時に決定できますが、実際はファイルを読み込んで初期化する処理のため、コンパイル時に中身は決定できません。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

class MyClass
{
public:
    // プログラム起動時に呼び出してほしい関数
    static void initliaze()
    {
        if (!table1.empty())
            return; // 初期化済み

        make_table(table1);
        make_table(table2);
    }

    static void make_table(std::vector<size_t> &table)
    {
        table.resize(10);
        for (size_t i = 0; i < 10; i++)
            table[i] = i;
    }

    static std::vector<size_t> table1;
    static std::vector<size_t> table2;
};

std::vector<size_t> MyClass::table1;
std::vector<size_t> MyClass::table2;

int main(int, char **)
{
    MyClass::initliaze();
    std::cout << MyClass::table1[3] << std::endl;
}

解決方法

教えていただいた内容をもとに以下のように修正しました。
ご回答ありがとうございました。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

class MyClass
{
public:
    MyClass()
    {
        initliaze();
    }

    // プログラム起動時に呼び出してほしい関数
    static void initliaze()
    {
        if (!table1.empty())
            return; // 初期化済み

        make_table(table1);
        make_table(table2);
    }

    static void make_table(std::vector<size_t> &table)
    {
        table.resize(10);
        for (size_t i = 0; i < 10; i++)
            table[i] = i;
    }

    static std::vector<size_t> table1;
    static std::vector<size_t> table2;
};

std::vector<size_t> MyClass::table1;
std::vector<size_t> MyClass::table2;

static MyClass inst;

int main(int, char **)
{
    std::cout << MyClass::table1[3] << std::endl;
}

Answer 1

タイトルの内容に対しての回答とはなりませんが…

---

今は「静的メンバ変数にアクセスする前に必ず initialize() を一度呼ぶこと」としているのですが、使う側が呼び出すのを忘れて、静的メンバ変数にアクセスした場合、エラーになってしまいます。

といった話への対策として，「勝手にファイル読み込みを伴う初期化が実施される」という形はどうなんだろう？　と思います．

例えば，

int main()
{
  ...
  if( XXX ){ MyClassをつかう }
  else{ MyClassを使わない }
}

みたいなコードでelse側のパスを通る際には，main()よりも前に行われるその処理は完全に不当なコストにもなりえるように思えます．
（それでさらにファイル読み込みがこけた場合は一体どうなるのか？という話も若干気になりますし）

何というか，ちょっと行き過ぎた施策であるような？

---

…とかなんとかいう感想を持ったので，initialize()を呼ぶことはユーザに委ねるままとして，「initialize()を呼ばないと使えない」ような形にする方向性として以下のような話を考えました．

• 「静的メンバ変数にアクセス」を「静的メンバ関数にアクセス」に置き換える．
• 静的メンバ関数が，ある型Xの参照を引数に取るならば，呼ぶ側はそのX型のオブジェクト（への参照）を手に入れない限りは，その静的メンバ関数を呼べない．
• で，X型オブジェクト（への参照）を手に入れる手段がinitialize()であればよいのでは？

ざっくりと，こんなような…？

//X型．何もかもMyClassからしか触れない
class X
{
	friend class MyClass;
private:
	X(){}
	X( const X& ) = delete;
	X &operator=( const X& ) = delete;

	bool empty() const {	return table1.empty();	}

	//
	std::vector<size_t> table1;
};

class MyClass
{
private:
	static X ms_X;
public:
    // プログラム起動時に呼び出してほしい関数
    static X& initliaze()
    {
		if( ms_X.empty() )
		{
			//ms_Xの初期化．table1をファイル内容から作る？
		}
		return ms_X;
    }

    //静的メンバ関数．引数が必要
	static std::vector<size_t> &table1( X &x ){	return x.table1;	}
};

X MyClass::ms_X;

Comments

[HogeAnimalLover]

『「静的メンバ変数にアクセス」を「静的メンバ関数にアクセス」に置き換える．』ことを許容するならば、初期化の未/済のフラグを用意の上、この判定を静的メンバ関数内で行えばいいと思います。これもコストが大きいでしょうか？

[fana]

判定コストは小さいでしょうが，
フラグを見て「未初期化」状態だった場合にはどうするのでしょうか？

その場でエラーとするならば，"initialize()を忘れるとエラーになる" という問題が解決しませんし，
「未初期化だったらその場で自動的にinitilaize()を走らせる」とかだと，initialize()処理が重い場合にはそのことが利用側にとって問題になるかもしれません．（「何故か初回だけ異様に重い」みたいな謎の挙動に悩まされることになるかも？）

[fana]

とにかく，

ファイル読み込みによる初期化なる（重い可能性があって，失敗する可能性も十分にありそうな）ものが，
本当に行う必要があるのか否かに関わらず常に謎のタイミングで勝手に実施される

という話がなんだか嫌な感じだなぁ，的な？

「最初にinitialize()を１回だけ呼んでね」的な話になっている物って，わりと良く見るように思うし，
なんというか，やろうとしていること自体が，お節介気味ではなかろうか？

[HogeAnimalLover]

さすがにそこまでくると、具体的な状況次第です。あらゆる状況への対応は無理です、デフォルトの作りに近づくだけです。

[tiitoi]

シングルトンパターンで、データを取得する際に初期化されていなければそのタイミングで初期化するというのもありですね。
アイデアを出していただきありがとうございます。

[fana]

背景事情がわからないので何とも言えませんが，
「Initialize()を呼ばなかったからエラー」という話は，普通にそのままであってもよいのではないかな，と．
ユーザ側からしたら，エラー原因さえ明確ならば，そこでコードを１回修正すればもうそれで終わりな話だろうと思いますし．

Answer 2

静的インスタンスのコンストラクタならば、メイン関数よりも前に処理できると思います。動作未確認。

Comments

[tiitoi]

コンストラクタから初期化関数を呼び出して静的インスタンスを作成することで解決できました。回答いただきありがとうございます。

[HogeAnimalLover]

書き忘れましたが、これはコンピュータウイルスのエントリーポイント偽装にも使われたりします。「これだけでウイルス検知された」というのは存じませんが、念の為、お伝えしておきます。

[tiitoi]

たしかに悪用しようと思ったら main() より前に任意のコードが実行できますね。補足ありがとうございます。

Answer 3

public staticな変数の初期化であれば、初期化用のクラスを別に作って、そのコンストラクタで初期化をかける、というような方法はどうでしょうか（Qiita）？

Comments

[tiitoi]

初期化処理を行うコンストラクタを用意したクラスを用意して、そのインスタンスを作成することで初期化する方法は思いつきませんでした。回答いただきありがとうございます。