如何初始化entity类中指向data类的静态成员引用？

假设你有一个entity类，需要引用另一个data类，并且会将多个entity对象存储在data类的vector中，最初可能会写出这样的代码：

struct data;

struct entity {
    entity(data& _parent) : parent(_parent) {}
    data& parent;
    // 其他依赖parent成员的代码
};

struct data {
    data(size_t n) : vec(n, *this) {}
    std::vector<entity> vec;
    // 其他成员
};

由于vec中所有entity对象都持有同一个引用，为了减少内存开销，把parent（指向data的引用）设为entity的静态成员更合适，调整后的entity类如下：

struct entity {
    static data& parent;
    // 其他依赖parent成员的代码
};

但问题来了：如何初始化这个静态parent引用？（注：整个代码中只会创建一个data类对象）

方案一：全局唯一data对象绑定静态引用 #

利用程序只会创建一个data对象的前提，直接在全局作用域创建data实例，然后将静态引用绑定到该实例：

#include <vector>

// 前向声明
struct data;

struct entity {
    static data& parent;
    // 其他依赖parent的代码
};

struct data {
    data(size_t n) : vec(n) {}
    std::vector<entity> vec;
    // 其他成员
};

// 创建全局唯一的data对象
data global_data(5); // 这里可以指定vector的初始大小

// 初始化entity的静态引用，绑定到全局data对象
data& entity::parent = global_data;

这种方式简单直接，只要确保代码中不会创建其他data对象即可。

方案二：单例模式绑定静态引用 #

如果不想使用全局对象，可以把data设计为单例类，确保程序中只有一个实例，再将静态引用绑定到这个单例：

#include <vector>

struct data;

struct entity {
    static data& parent;
    // 其他依赖parent的代码
};

struct data {
    // 禁用拷贝构造和赋值，防止创建多个实例
    data(const data&) = delete;
    data& operator=(const data&) = delete;

    // 静态方法获取唯一实例
    static data& get_instance(size_t init_size = 0) {
        static data instance(init_size);
        return instance;
    }

    std::vector<entity> vec;

private:
    // 私有构造函数，只能通过get_instance创建实例
    data(size_t n) : vec(n) {}
};

// 初始化静态引用，绑定到data的单例实例
data& entity::parent = data::get_instance();

使用时，第一次调用data::get_instance(5)即可创建指定大小vector的单例对象，后续调用都会返回同一个实例，entity::parent也会始终指向这个唯一的data对象。

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