C++ 语言构造函数 - 中阶

系统管理员 2022-09-06 15:17 233阅读 0赞

#  C++ 语言构造函数 - 中阶 #

## 1. 构造函数初始值列表 ##

当我们定义变量时习惯于立即对其进行初始化，而非先定义、再赋值。

std::string foo = "Hello World!";  // 定义并初始化
    std::string bar;  // 默认初始化成空 string 对象
    bar = "Hello World!";  // 为 bar 赋一个新值

就对象的数据成员而言，初始化和赋值也有类似的区别。如果没有在构造函数的初始值列表中显式地初始化成员，则该成员将在构造函数体之前执行默认初始化。

Sales::Sales(const std::string &s, unsigned int n, double p) :
    	book_no(s), sold_num(n), revenue(p*n) {}
    
    // Sales 构造函数，没有使用构造函数初始值
    Sales::Sales(const std::string &s, unsigned int cnt, double price)
    {
    	book_no = s;
    	sold_num = cnt;
    	revenue = cnt * price;
    }

当构造函数完成后，数据成员的值相同。区别是原来的版本初始化了它的数据成员，而这个版本是对数据成员执行了赋值操作。这一区别到底会有什么深层次的影响完全依赖于数据成员的类型。

### 1.1 构造函数的初始值有时必不可少 ###

有时我们可以忽略数据成员初始化和赋值之间的差异，但并非总能这样。如果成员是 `const` 或者是引用的话，必须将其初始化。当成员属于某种类类型且该类没有定义默认构造函数时，也必须将这个成员初始化。

class ConstRef {
    public:
    	ConstRef(int ii);
    
    private:
    	int i;
    	const int ci;
    	int &ri;
    };

和其他常量对象或者引用一样，成员 `ci` 和 `ri` 都必须被初始化。如果我们没有为它们提供构造函数初始值的话将引发错误。

// 错误：ci 和 ri 必须被初始化
    ConstRef::ConstRef(int ii)
    {
    	i = ii;  // 正确
    	ci = ii;  // 错误：不能给 const 赋值
    	ri = i;  // 错误：ri 没被初始化
    }

随着构造函数体一开始执行，初始化就完成了。我们初始化 `const` 或者引用类型的数据 成员的唯一机会就是通过构造函数初始值，因此该构造函数的正确形式应该是：

// 正确：显式地初始化引用和 const 成员
    ConstRef::ConstRef(int ii) : i(ii), ci(ii), ri(i) {}

如果成员是 `const`、引用，或者属于某种未提供默认构造函数的类类型，我们必须通过构造函数初始值列表为这些成员提供初值。

### 1.2 使用构造函数初始值 ###

初始化和赋值的区别事关底层效率问题：前者直接初始化数据成员， 后者则先初始化再赋值。

**除了效率问题外更重要的是，一些数据成员必须被初始化。建议读者养成使用构造函数初始值的习惯，这样能避免某些意想不到的编译错误，特别是遇到有的类含有需要构造函数初始值的成员时。**

### 1.3 成员初始化的顺序 ###

在构造函数初始值中每个成员只能出现一次。构造函数初始值列表只说明用于初始化成员的值，而不限定初始化的具体执行顺序。成员的初始化顺序与它们在类定义中的岀现顺序一致：第一个成员先被初始化，然后第二个，以此类推。**构造函数初始值列表中初始值的前后位置关系不会影响实际的初始化顺序。**

初始化的顺序没什么特别要求。不过如果一个成员是用另一个成员来初始化的，那么这两个成员的初始化顺序就很关键了。

class X {
    	int i;
    	int j;
    
    public:
    	// 未定义的：i 在 j 之前被初始化
    	X(int val) : j(val), i(j) {}
    };

在此例中，从构造函数初始值的形式上来看仿佛是先用 `val` 初始化了 `j`，然后再用 `j` 初始化 `i`。实际上，`i` 先被初始化，因此这个初始值的效果是试图使用未定义的值 `j` 初始化 `i`。有的编译器具备一项比较友好的功能，即当构造函数初始值列表中的数据成员顺序与 这些成员声明的顺序不符时会生成一条警告信息。  
最好令构造函数初始值的顺序与成员声明的顺序保持一致。而且如果可能的话，尽量避免使用某些成员初始化其他成员。如果可能的话，最好用构造函数的参数作为成员的初始值，而尽量避免使用同一个对象的其他成员。这样的好处是我们可以不必考虑成员的初始化顺序。

`X` 的构造函数，如果写成如下的形式效果会更好，在这个版本中，`i` 和 `j` 初始化的顺序就没什么影响了。

X(int val) : i(val), j(val) {}

### 1.4 默认实参和构造函数 ###

`Sales` 默认构造函数的行为与只接受一个 `std::string` 实参的构造函数差不多。 唯一的区别是接受 `string` 实参的构造函数使用这个实参初始化 `book_no`，而默认构造函数 (隐式地) 使用 `string` 的默认构造函数初始化 `book_no`。我们可以把它们重写成一个使用默认实参的构造函数：

class Sales {
    public:
    	// 定义默认构造函数，令其与只接受一个 `string` 实参的构造函数功能相同
    	Sales(std::string s = "") : book_no(s) { }
    	......
    	
    	Sales(std::string s, unsigned int cnt, double rev) : book_no(s), sold_num(cnt), revenue(rev * cnt) {}
    	Sales(std::istream &is) { read(is, *this); }
    	......
    };

当没有给定实参，或者给定了一个 `std::string` 实参时，两个版本的类创建了相同的对象。因为我们不提供实参也能调用上述的构造函数，所以该构造函数实际上为我们的类提供了默认构造函数。

**如果一个构造函数为所有参数都提供了默认实参，则它实际上也定义了默认构造函数。**

我们不应该为 `Sales` 接受三个实参的构造函数提供默认值。 因为如果用户为售出书籍的数量提供了一个非零的值，则我们就会期望用户同时提供这些书籍的售出价格。

## 2. 委托构造函数 ##

C++11 新标准扩展了构造函数初始值的功能，使得我们可以定义所谓的委托构造函数 (delegating constructor)，一个委托构造函数使用它所属类的其他构造函数执行它自己的初始化过程，或者说它把它自己的一些 (或者全部) 职责委托给了其他构造函数。

和其他构造函数一样，一个委托构造函数也有一个成员初始值的列表和一个函数体。在委托构造函数内，成员初始值列表只有一个唯一的入口，就是类名本身。和其他成员初始值一样，类名后面紧跟圆括号括起来的参数列表，参数列表必须与类中另外一个构造函数匹配。

我们使用委托构造函数重写 `Sales` 类，重写后的形式如下所示：

class Sales {
    public:
    	// 非委托构造函数使用对应的实参初始化成员
    	Sales(std::string s, unsigned int cnt, double price) : book_no(s), sold_num(cnt), revenue(cnt * price) {}
    
    	// 其余构造函数全都委托给另一不构造函数
    	Sales() : Sales("", 0, 0) {}
    	Sales(std::string s) : Sales(s, 0, 0) {}
    	Sales(std::istream &is) : Sales()
    	{
    		read(is, *this);
    	}
    	// 其他成员与之前的版本一致
    };

在这个 `Sales` 类中，除了一个构造函数外其他的都委托了它们的工作。第一个构造函数接受三个实参，使用这些实参初始化数据成员，然后结束工作。我们定义默认构造函数令其使用三参数的构造函数完成初始化过程，它也无须执行其他任务，这一点从空的构造函数体能看得出来。接受一个 `string` 的构造函数同样委托给了三参数的版本。

接受 `istream&` 的构造函数也是委托构造函数，它委托给了默认构造函数，默认构造函数又接着委托给三参数构造函数。当这些受委托的构造函数执行完后，接着执行 `istream&`构造函数体的内容。它的构造函数体调用 `read` 函数读取给定的 `istream`。

当一个构造函数委托给另一个构造函数时，受委托的构造函数的初始值列表和函数体被依次执行。在 `Sales` 类中，受委托的构造函数体恰好是空的。假如函数体包含有代码的话，将先执行这些代码，然后控制权才会交还给委托者的函数体。

委托构造函数 (delegating constructor) 的初始值列表只有个入口，指定类的另一个构造函数执行初始化操作。

## 3. 默认构造函数的作用 ##

**当对象被默认初始化或值初始化时自动执行默认构造函数。**

默认初始化在以下情况下发生：

*  当我们在块作用域内不使用任何初始值定义一个非静态变量或者数组时。
 *  当一个类本身含有类类型的成员且使用合成的默认构造函数时。
 *  当类类型的成员没有在构造函数初始值列表中显式地初始化时。

值初始化在以下情况下发生：

*  在数组初始化的过程中如果我们提供的初始值数量少于数组的大小时。
 *  当我们不使用初始值定义一个局部静态变量时。
 *  当我们通过书写形如 `T()` 的表达式显式地请求值初始化时，其中 `T` 是类型名 (vector的一个构造函数只接受一个实参用于说明 vector 大小，它就是使用一个这种形式的实参来对它的元素初始化器进行值初始化)。

**类必须包含一个默认构造函数以便在上述情况下使用，其中的大多数情况非常容易判断。**

不那么明显的一种情况是类的某些数据成员缺少默认构造函数：

class NoDefault {
    public:
    	NoDefault(const std::string &);
    	// 还有其他成员，但是没有其他构造函数了
    };
    
    struct A {
    	// 默认情况下 my_mem 是 public 的
    	NoDefault my_mem;
    };
    
    A a;  // 错误：不能为 A 合成构造函数
    struct B {
    	B() {}  // 错误：b_member 没有初始值
    	NoDefault b_member;
    };

**在实际中，如果定义了其他构造函数，那么最好也提供一个默认构造函数。**

### 3.1 使用默认构造函数 ###

下面的 `obj` 的声明可以正常编译通过：

Sales obj () ;  // 正确：定义了一个函数而非对象
    if (obj.isbn() == primer.isbn())  // 错误：obj 是一个函数

但当我们试图使用 `obj` 时，编译器将报错，提示我们不能对函数使用成员访问运算符。问题在于，尽管我们想声明一个默认初始化的对象，`obj` 实际的含义却是一个不接受任何参数的函数并且其返回值是 `Sales` 类型的对象。

如果想定义一个使用默认构造函数进行初始化的对象，正确的方法是去掉对象名之后的空的括号对：

// 正确：obj 是个默认初始化的对象
    Sales obj;

对于 C++ 的新手程序员来说有一种常犯的错误，它们试图以如下的形式声明一个用默认构造函数初始化的对象：

Sales obj ();  // 错误：声明了一个函数而非对象
    Sales obj9;  // 正确：obj9 是一个对象而非函数

## References ##

(美) Stanley B. Lippman, (美) Josée Lajoie, (美) Barbara E. Moo 著, 王刚, 杨巨峰 译. C++ Primer 中文版\[M\]. 第 5 版. 电子工业出版社, 2013.  
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