CRTP静态变量未初始化问题：为何手动定义类构造函数才生效？

尝试用CRTP实现支持类型自动注册的工厂，但遇到了一个奇怪的问题：当注释掉类B的构造函数时程序运行失败，手动定义构造函数则正常运行。按道理不管是否手动定义构造函数，类B的默认构造函数都应该调用基类AutoReg<B>的构造函数，但未手动定义时，AutoReg<B>::registered从未初始化，这是为什么？

代码如下：

#include <iostream>
#include <map>
#include <functional>


class A
{
public:
        virtual ~A() = default;
        virtual void junk() = 0;
};

class Factory
{
public:
        static A* get(const std::string& name)
        {
                return map()[name]();
        }

        template<typename T>
        static bool reg()
        {
                map()[T::asdf] = [](){ return new T(); };
                return true;
        }

        static std::map<std::string, std::function<A*()>>& map()
        {
                static std::map<std::string, std::function<A*()>> m;
                return m;
        }
};

template<typename T>
class AutoReg : public A
{
public:
        AutoReg(){ std::ignore = registered; }
        static inline bool registered = Factory::reg<T>();
};

class B : public AutoReg<B>
{
public:
        //B(){}
        void junk() override { std::cout << "B" << std::endl; }
        static const inline std::string asdf = "asdf";
};

int main(int argc, char** argv)
{
        Factory::get("asdf")->junk();
        return 0;
}

核心原因：惰性模板实例化 #

当你没有手动定义B的构造函数时，编译器会生成默认构造函数，但这个默认构造函数的实例化是惰性的——只有当代码中实际调用B的构造函数时，编译器才会实例化这个默认构造函数，进而触发基类AutoReg<B>的构造函数，最终触发表静态成员registered的初始化。

但你的代码逻辑形成了死循环：要通过Factory::get创建B对象，需要先在工厂中注册创建B的lambda；要注册lambda，需要AutoReg<B>::registered初始化；要初始化registered，需要调用B的构造函数触发基类构造，但此时工厂里还没有注册创建B的函数，根本无法调用构造函数。

而当你手动定义B的构造函数时，编译器会立即实例化这个构造函数（手动定义的成员函数会被视为需要立即处理），进而触发基类AutoReg<B>的构造函数，让registered完成初始化，将lambda注册到工厂中，后续Factory::get就能正常获取到创建B的函数。

解决方法 #

打破依赖循环，让静态成员的初始化不依赖于构造函数调用。修改AutoReg模板，利用模板静态成员的初始化特性，确保在程序启动阶段自动完成注册：

template<typename T>
class AutoReg : public A
{
protected:
        // 基类构造函数保持默认，无需触发registered
        AutoReg() = default;
private:
        // 借助静态辅助结构体的构造函数触发注册
        struct RegisterHelper {
            RegisterHelper() {
                Factory::reg<T>();
            }
        };
        static inline RegisterHelper helper;
};

修改后，只要AutoReg<B>被实例化（因为B继承了它），RegisterHelper类型的静态成员helper就会在程序启动时完成初始化，自动调用Factory::reg<B>()完成注册，不管B有没有手动定义构造函数，都能正常工作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者BadProgrammer99