C++11：列表初始化 && 初始化列表initializer_list

无聊看看天T^T2024-06-07 11:23

前言

2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表（简称TC1），使得C++03这个名字取代了C++98成为了C++11前最新的C++标准名称。不过由于C++03主要是对C++98标准中的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动，因此人们习惯性的把两个标准合并成为C++98/03标准，从C++0x到C++11到，C++委员会十年磨一剑，第二个真正意义上的C++新标准C++11在2011年姗姗来迟。

C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，此外C++11能更好的用于系统开发和库开发、语言更加泛化和简单化、程序更加稳定和安全，不仅功能强大，而且还能提升程序员的开发效率，在公司实际项目开发中也用的较多。

官网查看各编译器对C++11标准的接收情况：C++11 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

补充：模板的概念是C++98引入的，不是C++11

列表初始化

基本概念：C++98只能使用{}对聚合类型进行聚合初始化***（此时{}还不叫列表初始化），可以使用****()对内置类型进行直接初始化****，对自定义类型的对象进行****构造和初始化（构造 != 初始化，先调用构造函数，可以在调用构造函数的同时进行初始化，也可以在调用构造函数后进行初始化）***

问题：什么是聚合类型？

解释：聚合类型是一种特殊的自定义类型，它具有以下四个特征：

  1. 没有用户定义的构造函数 ：聚合类型不能有用户自定义的构造函数
  2. 所有成员都是公有的 ：聚合类型的所有成员变量必须是公有的
  3. 没有基类 ：聚合类型不能继承自其他类
  4. 没有虚函数 ：聚合类型不能有虚函数
    C++98中{}的注意事项：

1、对聚合类型进行的初始化叫做聚合初始化，聚合初始化与构造无关，不会调用构造函数

cpp 复制代码 
//聚合类型
struct Point {
    int x;
    int y;
};
Point p = {1, 2};

2、{} 可对聚合类型进行部分初始化，未显式初始化的成员会被默认初始化为零

cpp 复制代码 
#include <iostream>
struct Point {
    int x;
    int y;
    int z;
};

int main() {
    Point p = { 1, 2 }; // 只初始化了 x 和 y，z 会被默认初始化为 0
    std::cout << "Point: (" << p.x << ", " << p.y << ", " << p.z << ")" << std::endl; // 输出：Point: (1, 2, 0)
    return 0;
}


问题：为什么可以使用()对内置类型进行直接初始化，对自定义类型进行构造和初始化？

解释：C++98引入了模板的概念，使用 () 时，编译器会将其解释为调用相应类型的构造函数（()对内置类型int i(5)直接初始化的本质是调用int 类型的构造函数来将整数值 5 转换为 int 类型并初始化变量 i，但不能使用int i(); i = 5的形式，因为前者会被视为一个函数声明，赋值时会被视为向一个名为i函数进行赋值）**
C++98中()的注意事项：

1、对自定义类型的对象进行构造时，没有（）时叫做默认构造，有（）时依据（）内参数的多少分为单参数和多参数构造**，传入的参数叫做对该对象的初始化；一般不会使用（）对内置类型进行像*int i(5)这样的直接初始化，但要了解为什么可以这样*（本质还是调用了构造）

2、使用() 对自定义类型的对象进行构造时 必须要有适合的构造函数（传递单个参数对构造对象进行初始化时，对象中要有单参数的构造函数，传递多个参数对构造对象进行初始化时，对象中要有多参数的构造函数）构造时的形式为类名 对象名（）或 类名 对象名

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

class Date
{
public:
	Date() 
	{
		cout << "Date()" << endl;
	}

	Date(int year)
		:_year(year)
	{
		cout << "Date(int year)" << endl;
	}

	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
    Date d0;//默认构造
	Date d2(2024);//单参数构造
	Date d3(2024,5,26);//多参数构造
    
    int i(5);//单参数构造
    double f(3.14);//单参数构造
    return 0;
}

2、不建议以Date d =（）的形式对自定义类型的对象进行构造，因为此时（）会被编译器视为逗号表达式，（）内为空时会报错，（）有参数时，参数个数无论为多少都会去调用单参数构造函数，即使是内置类型也是一样的

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

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date()" << endl;
	}

	Date(int year)
		:_year(year)
	{
		cout << "Date(int year)" << endl;
	}

	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d = (2024);
	Date d1 = (2024, 5, 26);

	int z = (5, 6);
	cout << "z = " << z << endl;
	return 0;
};

3、string s = "1111" 也是直接构造，但本质是隐式类型转换 + 构造 + 拷贝构造**，只是编译器将这三个步骤优化为了直接构造*****（便于用户使用）*****，我们称这样的优化为单参数的构造函数支持隐式类型转换（将const char[N]常量字符数组类型的字符串"1111"隐式类型转换为const char*，然后再通过支持const char *为参数的单参数构造函数构造一个 string 对象，最后再将该对象拷贝给s）

4、进行默认构造时，要以Date d形式进行，不能以Data d（）的形式，因为后者在编译器看来不是构造而是一个函数声明（这也被称为C++最烦人的解析）**

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

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date()" << endl;//最后打印的Date()应该只有一行
	}
};

int main()
{
	Date d1();//函数声明，不是初始化对象
	cout << endl;
	cout << "上面有Date()吗？" << endl;
	Date d1;//默认构造
	cout << "上面有Date()吗？" << endl;
	return 0;
}


结论：使用（）对自定义类型的对象构造或对内置类型进行直接初始化时，要注意（）可能被解析为逗号表达式或函数声明的情况

*基本概念：C++11中扩大了{}的使用范围，使其可以对所有类型进行初始化（且=可以省略）***此时我们将使用{}进行初始化的行为叫做列表初始化，（）的用法不变

1、此时{}对聚合类型的初始化仍叫做聚合初始化，而不是列表初始化，且初始化规则不变

cpp 复制代码 
//对聚合类型进行聚合初始化
struct Point {
    int x;
    int y;
};

Point P = {1};    // C++98支持使用{}进行部分聚合初始化
Point p = {1, 2}; // C++98支持使用{}进行完全聚合初始化
Point p{3, 4};    // C++11及以后版本均支持使用{}进行部分聚合初始化，且=可省略
Point p{3, 4};    // C++11及以后版本均支持使用{}进行聚合初始化，且=可省略

int arr[]{1,2,3,4,5}//对数组进行部分聚合化

2、使用（）对内置类型进行初始化时仍叫直接初始化，而使用{}对内置类型进行初始化时叫做列表初始化

cpp 复制代码 
//对内置类型进行初始化的多种方式
int x = 1;               //每个C++版本一定支持的
int y(5) 或 y = (5);     //C++98后开始支持的
int z{3} 或 z = {3};     //C++11后开始支持的

3、此时{}和（）均可以对自定义类型的对象进行构造和初始化

cpp 复制代码 
class Date
{
public:
    Date(int year)
		:_year(year)
	{
		cout << "Date(int year)" << endl;
	}

	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

Date d1;//C++11和C++98均支持这样做

Date d2(2024);//C++98支持的使用（）进行单参数构造
Date d3(2024,5,26);//C++98支持的使用（）进行多参数构造

//省略=
Date d4{2024};//C++11支持的使用{}进行单参数构造
Date d5{2024,5,26};//C++11支持的使用{}进行多参数构造

//不省略=
Date d6 = {2024};//C++11支持的使用{}进行单参数构造
Date d6 = {2024,5,6};//C++11支持的使用{}进行多参数构造
  • 对自定义类型的对象进行构造时仍建议使用（）进行，****{}华而不实， 且使用{}时也不建议省略=，因为会导致代码可读性降低

注意事项：

1、列表初始化是一种直接调用构造函数的方式，C++11及以后版本使用列表初始化时，{}会去寻找最为适合的构造函数，如果找不到最合适的，会尝试将{}中的内容进行隐式类型转换，从而找到一个较为适合的构造函数，如果还找不到就会报错

2、所谓的单参数的构造函数支持隐式类型转换 和 多参数的构造函数支持隐式类型转换 指的是单参数和多参数的构造函数支持出现由于"传入的参数与规定的参数类型相似但不一致"导致的找不到合适的构造函数的问题时，可以将该参数转换为规定的参数然后再进行构造（支持隐式类型转换 != 一定发生）（还有可能会遇到编译器将构造和拷贝构造优化为直接构造的情况，具体内容可以查看：C++ | 探究拷贝对象时的一些编译器优化_gcc 优化 拷贝构造 问题-CSDN博客，本篇文章后续内容不再考虑编译器优化的问题）**

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>

class Person {
public:
    std::string name;
    int age;
    int height;

    // 单参数构造函数
    Person(std::string n) : name(n), age(0) {
        std::cout << "Person(std::string n)" << std::endl;
    }

    Person(int a) : name("Unknown"), age(a) {
        std::cout << "Person(int a)" << std::endl;
    }

    Person(std::string n, int a) : name(n), age(a) {
        std::cout << "Person(std::string n, int a)" << std::endl;
    }

    Person(double n, double a) : height(n), age(a) {
        std::cout << "Person(double n, double a)" << std::endl;
    }

    Person(const char* s) : name(s) {
        std::cout << "Person(const char * s)" << std::endl;
    }
};  

int main() 
{
    Person a = { "Alice", 30}; // 直接调用 Person(std::string, int) 构造函数
    Person b = { "fwqfq" };    // 直接调用 Person(const char * s) 构造函数
    Person c = { 5 , 6 };      //（多参数）隐式类型转换： int -> double，然后直接调用 构造Person(double n, double a) 函数
    Person d = (52.5);         //（单参数）隐式类型转换：double -> int，然后直接调用  Person(int a) 构造函数
    Person e = "fewfew";       // 直接调用Person(const char* s)构造函数，如果只有Person(string s)，就会先进行隐式类型转换然后再调用该构造函数
    Person f = 40;             // 直接调用 Person(int a) 构造函数
    return 0;
}

2、列表初始化不支持窄化的隐式类型转换，窄化转换就是大范围转小范围，但是（）支持

关于C++的隐式类型转换的其它文章：彻底理解c++的隐式类型转换 - apocelipes - 博客园

初始化列表initializer_list

基本概念：是一个模板类，用于向自定义类型或函数（前提是得有支持该类型的构造函数或者参数）传递一组同类型的参数，它通常与列表初始化{}配合使用 （初始化列表 != 列表初始化）

cpp 复制代码 
template<class T> class initializer_list;
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>

//printList函数有initializer_list类型的参数
void printList(std::initializer_list<int> list) {
    for (auto elem : list) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

class MyClass {
public:
    //MyClass有支持initializer_list类型的构造函数
    MyClass(std::initializer_list<int> list) {
        for (auto elem : list) {
            std::cout << elem << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
};

int main() {
    printList({10, 20, 30, 40, 50});  
    MyClass obj = {1, 2, 3, 4, 5};    
    return 0;
}

注意事项：

1、{10, 20, 30, 40, 50}在正常情况下还是列表初始化，但是当{10, 20, 30, 40, 50}要作为函数参数或者要赋值给一个自定义类型时，编译器会将{10, 20, 30, 40, 50}识别为initializer_list类型（不会构造initializer_list类型的匿名对象）*，然后直接向某个有initializer_list类型形参的函数进行传参，或者调用某个支持自定义类型对象的支持initializer_list类型的构造函数*

  • **MyClass obj = {1, 2, 3, 4, 5}：**将{1, 2, 3, 4, 5}解析为initializer_list类型--->直接调用MyClass类中支持initializer_list类型的构造函数
  • Myclass obj({10, 20, 30, 40, 50})：**将{10, 20, 30, 40, 50}解析为initializer_list类型--->直接调用Myclass 类中支持initializer_list类型的构造函数构造**
  • **printList({10, 20, 30, 40, 50})：**将{10, 20, 30, 40, 50}解析为initializer_list类型--->直接向printList函数传参

2、对于C++库中提供的各种容器，它们都有支持initializer_list类型的构造函数，不用担心直接使用即可，但是对于自定义类型如果没有支持initializer_list类型的构造函数就不能使用，上面的MyClass obj = {1, 2, 3, 4, 5}；如果没有支持initializer_list类型的构造函数就会报错

3、编译器会优先调用支持initializer_list类型的构造函数，而不是写死参数个数的构造函数

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>

class MyClass {
public:
    MyClass(int a,int b,int c,int d,int e)
    {
        std::cout << "MyClass(int a,int b,int c,int d,int e)" << std::endl;
    }

    MyClass(std::initializer_list<int> list) 
    {
        for (auto elem : list) {
            std::cout << elem << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
  
};

int main() 
{
    MyClass obj = { 1, 2, 3, 4, 5 }; 
    return 0;
}

4、initializer_list模板类的引入，使得我们在向容器中写入数据时更加的简单

cpp 复制代码 
//原来
std::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);

std::set<int> st;
v.insert(1);
v.insert(2);
v.insert(3);
v.insert(4);

std::map<string,string> mt;
dict.insert(make_pair("right", "右边"));
dict.insert(make_pair("right", "右边"));
dict.insert(make_pair("right", "右边"));
dict.insert(make_pair("right", "右边"));

//现在
std::vector<int> v = {1，2，3，4};//直接调用支持 initializer_list 类型的构造函数
std::set<int> st = {1,2,3,4,5};//直接调用支持 initializer_list 类型的构造函数
std::map<string,string> mt = {{"right", "右边"},{"right", "右边"}};

对于std::set<int> st = {1,2,3,4,5}：{1,2,3,4,5}是使用{}的列表初始化，又因为左边是vector容器类型，因此编译器会解析为一个initializer_list类型，然后直接调用vector中支持initializer_list类型的构造函数

对于std::map<string,string> mt = {{"right", "右边"},{"right", "右边"}}：编译器会先识别出{``{"right", "右边"}, {"right", "右边"}}是一个用于初始化map类型对象的initializer_list，接着调用 pair 的构造函数生成两个 pair<const std::string, std::string> 对象，然后将生成的 两个 pair 对象组合成一个 initializer_list<std::pair<const std::string, std::string>> ，最后直接调用map支持initializer_list类型的构造函数

补充：

1、pair类型不支持initializer_list 类型的构造函数，因此pair<?> p = {}是列表初始化而不是initializer_list类型

2、map 有一个接受initializer_list 的构造函数，其定义如下***（set也类似）***：

cpp 复制代码 
map(std::initializer_list<std::pair<const Key, T>> init);

3、pair不同类型间的pair可以进行拷贝构造，是因为pair的拷贝构造是一个函数模板

cpp 复制代码 
template<class U, class V>
pair(const pair<U, V>& pr);
​
pair<const char*,char*> kv3 = {"sort","排序"};
pair<const string,string> kv4(kv3);

~over~

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