C++ 构造函数 explicit 关键字 成员初始化列表

永不停转2024-03-19 11:19

通常，构造函数具有public可访问性，但也可以将构造函数声明为 protected 或 private。构造函数可以选择采用成员初始化表达式列表，该列表会在构造函数主体运行之前初始化类成员。与在构造函数主体中赋值相比，初始化类成员是更高效的方式。首选成员初始化表达式列表，而不是在构造函数主体中赋值。

注意：

  1. 成员初始化表达式的参数可以是构造函数参数之一、函数调用或 std::initializer_list 。

  2. const 成员和引用类型的成员必须在成员初始化表达式列表中进行初始化。

  3. 若要确保在派生构造函数运行之前完全初始化基类，需要在初始化表达式中初始化化基类构造函数。

    class Box {
    public:
    // Default constructor
    Box() {}

    复制代码 
     // Initialize a Box with equal dimensions (i.e. a cube)
 explicit Box(int i) : m_width(i), m_length(i), m_height(i) // member init list
 {}

 // Initialize a Box with custom dimensions
 Box(int width, int length, int height)
     : m_width(width), m_length(length), m_height(height)
 {}

 int Volume() { return m_width * m_length * m_height; }

    private:
    // Will have value of 0 when default constructor is called.
    // If we didn't zero-init here, default constructor would
    // leave them uninitialized with garbage values.
    int m_width{ 0 };
    int m_length{ 0 };
    int m_height{ 0 };
    };

派生构造函数运行之前完全初始化基类

复制代码 
class Box {
public:
    Box(int width, int length, int height){
       m_width = width;
       m_length = length;
       m_height = height;
    }

private:
    int m_width;
    int m_length;
    int m_height;
};

class StorageBox : public Box {
public:
    StorageBox(int width, int length, int height, const string label&) : Box(width, length, height){
        m_label = label;
    }
private:
    string m_label;
};

构造函数可以声明为 inline、explicit、friend 或 constexpr。可以显式设置默认复制构造函数、移动构造函数、复制赋值运算符、移动赋值运算符和析构函数。

复制代码 
class Box2
{
public:
    Box2() = delete;
    Box2(const Box2& other) = default;
    Box2& operator=(const Box2& other) = default;
    Box2(Box2&& other) = default;
    Box2& operator=(Box2&& other) = default;
    //...
};

一、默认构造函数

如果类中未声明构造函数，则编译器提供隐式 inline 默认构造函数。编译器提供的默认构造函数没有参数。如果使用隐式默认构造函数，须要在类定义中初始化成员。

复制代码 
class Box {
public:
    int Volume() {return m_width * m_height * m_length;}
private:
    // 如果没有这些初始化表达式，成员会处于未初始化状态，Volume() 调用会生成垃圾值。
    int m_width { 0 };
    int m_height { 0 };
    int m_length { 0 };
};

如果声明了任何非默认构造函数，编译器不会提供默认构造函数。如果不使用编译器生成的构造函数，可以通过将隐式默认构造函数定义为已删除来阻止编译器生成它。

复制代码 
class Box {
public:
    // 只有没声明构造函数时此语句有效
    Box() = delete;
    Box(int width, int length, int height)
        : m_width(width), m_length(length), m_height(height){}
private:
    int m_width;
    int m_length;
    int m_height;

};
int main(){

    Box box1(1, 2, 3);
    Box box2{ 2, 3, 4 };
    Box box3; // 编译错误 C2512: no appropriate default constructor available
    Box boxes[3]; // 编译错误 C2512: no appropriate default constructor available
    Box boxes[3]{ { 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6 }, { 7, 8, 9 } }; // 正确
}

二、显式构造函数

如果类的构造函数只有一个参数，或是除了一个参数之外的所有参数都具有默认值，则会发生隐式类型转换。

复制代码 
class Box {
public:
    Box(int size): m_width(size), m_length(size), m_height(size){}
private:
    int m_width;
    int m_length;
    int m_height;

};
class ShippingOrder
{
public:
    ShippingOrder(Box b, double postage) : m_box(b), m_postage(postage){}

private:
    Box m_box;
    double m_postage;
}
int main(){
    Box b = 42; // 隐式类型转换
    ShippingOrder so(42, 10.8); // 隐式类型转换
}

explicit关键字可以防止隐式类型转换的发生。explicit只能用于修饰只有一个参数的类构造函数,表明该构造函数是显示的而非隐式的。

  1. explicit关键字的作用就是防止类构造函数的隐式自动转换。
  2. 如果类构造函数参数大于或等于两个时, 不会产生隐式转换的, explicit关键字无效。
  3. 例外, 就是当除了第一个参数以外的其他参数都有默认值的时候, explicit关键字依然有效。
  4. explicit只能写在在声明中，不能写在定义中。

三、复制构造函数

从 C++11 中开始，支持两类赋值：复制赋值和移动赋值。赋值操作和初始化操作都会导致对象被复制。

赋值 ：将一个对象的值分配给另一个对象时，第一个对象将复制到第二个对象。
初始化：在声明新对象、按值传递函数参数或从函数返回值时，将发生初始化。

编译器默认会生成复制构造函数。如果类成员都是简单类型（如标量值），则编译器生成的复制构造函数已够用。 如果类需要更复杂的初始化，则需要实现自定义复制构造函数。例如，如果类成员是指针，编译器生成的复制构造函数只是复制指针，以便新指针仍指向原内存位置。

复制构造函数声明方式如下：

复制代码 
    Box(Box& other); // 尽量避免这种方式，这种方式允许修改other
    Box(const Box& other); // 尽量使用这种方式，它可防止复制构造函数意外更改复制的对象。
    Box(volatile Box& other);
    Box(volatile const Box& other);

    // 后续参数必须要有默认值
    Box(Box& other, int i = 42, string label = "Box");

    Box& operator=(const Box& x);

定义复制构造函数时，还应定义复制赋值运算符 (=)。如果不声明复制赋值运算符，编译器将自动生成复制赋值运算符。如果只声明复制构造函数，编译器自动生成复制赋值运算符；如果只声明复制赋值运算符，编译器自动生成复制构造函数。 如果未定义显式或隐式移动构造函数，则原本使用移动构造函数的操作会改用复制构造函数。 如果类声明了移动构造函数或移动赋值运算符，则隐式声明的复制构造函数会定义为已删除。

阻止复制对象时，需要将复制构造函数声明为delete。如果要禁止对象复制，应该这样做。

复制代码 
  Box (const Box& other) = delete;

三、移动构造函数

当对象由相同类型的另一个对象初始化时，如果另一对象即将被毁且不再需要其资源，则编译器会选择移动构造函数。 移动构造函数在传递大型对象时可以显著提高程序的效率。

复制代码 
#include "MemoryBlock.h"
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
   // vector 类使用移动语义，通过移动矢量元素（而非复制它们）来高效地执行插入操作。
   vector<MemoryBlock> v;
  // 如果 MemoryBlock 没有定义移动构造函数，会按照以下顺序执行
  // 1. 创建对象 MemoryBlock(25)
  // 2. 复制 MemoryBlock 给push_back
  // 3. 删除 MemoryBlock 对象
   v.push_back(MemoryBlock(25));
  // 如果 MemoryBlock 有移动构造函数，按照以下顺序执行
  // 1. 创建对象 MemoryBlock(25)
  // 2. 执行push_back时会调用移动构造函数，直接使用MemoryBlock对象而不是复制
   v.push_back(MemoryBlock(75));

}

创建移动构造函数

  1. 定义一个空的构造函数，构造函数的参数类型为右值引用；

  2. 在移动构造函数中，将源对象中的类数据成员添加到要构造的对象；

  3. 将源对象的数据成员置空。 这可以防止析构函数多次释放资源（如内存）。

    MemoryBlock(MemoryBlock&& other)
    : _data(nullptr)
    , _length(0)
    {
    _data = other._data;
    _length = other._length;
    other._data = nullptr;
    other._length = 0;
    }

创建移动赋值运算符

  1. 定义一个空的赋值运算符，该运算符参数类型为右值引用，返回一个引用类型；

  2. 防止将对象赋给自身；

  3. 释放目标对象中所有资源（如内存），将数据成员从源对象转移到要构造的对象；

  4. 返回对当前对象的引用。

    MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other)
    {
    if (this != &other)
    {
    delete[] _data;
    _data = other._data;
    _length = other._length;

    复制代码 
         other._data = nullptr;
     other._length = 0;
 }

 return *this;

    }

如果同时提供了移动构造函数和移动赋值运算符，则可以编写移动构造函数来调用移动赋值运算符，从而消除冗余代码。

复制代码 
MemoryBlock(MemoryBlock&& other) noexcept
   : _data(nullptr)
   , _length(0)
{
   *this = std::move(other);
}

四、委托构造函数

委托构造函数就是调用同一类中的其他构造函数，完成部分初始化工作。 可以在一个构造函数中编写主逻辑，并从其他构造函数调用它。委托构造函数可以减少代码重复，使代码更易于了解和维护。

复制代码 
class Box {
public:
    // 默认构造函数
    Box() {}

    // 构造函数
    Box(int i) :  Box(i, i, i)  // 委托构造函数
    {}

    // 构造函数，主逻辑
    Box(int width, int length, int height)
        : m_width(width), m_length(length), m_height(height)
    {}
};

注意：不能在委托给其他构造函数的构造函数中执行成员初始化

复制代码 
class class_a {
public:
    class_a() {}
    // 成员初始化，未使用代理
    class_a(string str) : m_string{ str } {}

    // 使用代理时不能在此初始化成员，否则会出现以下错误
    // error C3511: a call to a delegating constructor shall be the only member-initializer
    class_a(string str, double dbl) : class_a(str) , m_double{ dbl } {}

    // 其它成员正确的初始化方式
    class_a(string str, double dbl) : class_a(str) { m_double = dbl; }

    double m_double{ 1.0 };
    string m_string;
};

注意：构造函数委托语法能循环调用，否则会出现堆栈溢出。

复制代码 
class class_f{
public:
    int max;
    int min;

    // 这样做语法上允许，但是会在运行时出现堆栈溢出
    class_f() : class_f(6, 3){ }
    class_f(int my_max, int my_min) : class_f() { }
};

五、继承构造函数

派生类可以使用 using 声明从直接基类继承构造函数。一般而言，当派生类未声明新数据成员或构造函数时，最好使用继承构造函数。如果基类的构造函数具有相同签名，则派生类无法从多个基类继承。

复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    Base() { cout << "Base()" << endl; }
    Base(const Base& other) { cout << "Base(Base&)" << endl; }
    explicit Base(int i) : num(i) { cout << "Base(int)" << endl; }
    explicit Base(char c) : letter(c) { cout << "Base(char)" << endl; }

private:
    int num;
    char letter;
};

class Derived : Base
{
public:
    // 从基类 Base 继承全部构造函数
    using Base::Base;

private:
    // 基类构造函数无法初始化该成员
    int newMember{ 0 };
};

int main()
{
    cout << "Derived d1(5) calls: ";
    Derived d1(5);
    cout << "Derived d1('c') calls: ";
    Derived d2('c');
    cout << "Derived d3 = d2 calls: " ;
    Derived d3 = d2;
    cout << "Derived d4 calls: ";
    Derived d4;
}

/* Output:
Derived d1(5) calls: Base(int)
Derived d1('c') calls: Base(char)
Derived d3 = d2 calls: Base(Base&)
Derived d4 calls: Base()*/

类模板可以从类型参数继承所有构造函数：

复制代码 
template< typename T >
class Derived : T {
    using T::T;   // declare the constructors from T
    // ...
};

构造函数执行顺序

  1. 按声明顺序调用基类和成员构造函数。
  2. 如果类派生自虚拟基类，则会将对象的虚拟基指针初始化。
  3. 如果类具有或继承了虚函数，则会将对象的虚函数指针初始化。 虚函数指针指向类中的虚函数表，确保虚函数正确地调用绑定代码。
  4. 执行自己函数体中的所有代码。

如果基类没有默认构造函数，则必须在派生类构造函数中提供基类构造函数参数

下面代码，首先，调用基构造函数。 然后，按照在类声明中出现的顺序初始化基类成员。 最后，调用派生构造函数。

复制代码 
#include <iostream>

using namespace std;

class Contained1 {
public:
    Contained1() { cout << "Contained1 ctor\n"; }
};

class Contained2 {
public:
    Contained2() { cout << "Contained2 ctor\n"; }
};

class Contained3 {
public:
    Contained3() { cout << "Contained3 ctor\n"; }
};

class BaseContainer {
public:
    BaseContainer() { cout << "BaseContainer ctor\n"; }
private:
    Contained1 c1;
    Contained2 c2;
};

class DerivedContainer : public BaseContainer {
public:
    DerivedContainer() : BaseContainer() { cout << "DerivedContainer ctor\n"; }
private:
    Contained3 c3;
};

int main() {
    DerivedContainer dc;
}

输出如下:
Contained1 ctor
Contained2 ctor
BaseContainer ctor
Contained3 ctor
DerivedContainer ctor

参考文章：
构造函数 (C++)
QT学习记录（008）：explicit 关键字的作用
C++中的explicit详解

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