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[cpp primer随笔] 14. 类的构造函数

article 2024/11/14 20:42:44

一. 构造函数基本特性

构造函数是类中一种特殊的成员函数，作用是控制类对象的初始化过程。
其名称与类相同，且没有返回值类型，可以通过参数列表进行重载。
构造函数不能为const。一个常量对象在构建时，会先执行完构造函数，然后再获得所谓的常量特性。

二、类成员初始化

2.1 类内初始值

我们可以为类中的数据成员提供类内初始值。当构造函数没能提供初始化时，该数据成员将自动使用类内初始值。

struct B{
    B(int arg1, int arg2){};
};
struct A{
    int count{0};
    B b = B(10, 20);
};

需要注意的是，类内初始值只能以=或者{}的形式提供。

2.2 构造函数初始值列表

在构造函数参数列表与函数体之间，可以提供初始值列表，以为对象中的成员指定初始值。

class A{
private:
    int b; int a;
public:
    A(int arg1, int arg2): a(arg1), b(arg2){};
};

此处有三点注意事项：

初始化 vs 赋值
在先前的文章中说过，变量的赋值与初始化是两回事。**初始化是给变量这块内存空间赋初始值，而赋值则是将变量数据擦除，重新写入新值。**在一些场景下，这会带来某种程度上的性能差异。
初始值列表所完成的功能就是初始化。如果初始值列表中没有对一个数据成员做初始化，当进入构造函数体时，该数据成员实际上已经执行完默认初始化。而构造函数体中对成员的操作不再是初始化，而是赋值操作。
这种差别带来的影响与类型相关，内置类型还好说，一些类类型的初始化可能较为复杂，此时性能上就会有所差异。
初始化顺序
初始值列表仅能指明成员的初始值是多少，初始值列表中成员的顺序，并不代表成员的实际初始化顺序。初始化顺序一般与成员在类内的声明顺序相同。例如在上面的例子里，是先声明B后声明A，那么初始化的顺序就与之相同，尽管初始值列表里是先A后B。
初始化顺序在初始值存在前后依赖关系时十分重要。例如：
```
class A{
private:
    int b; int a;
public:
    A(int arg1): a(arg1), b(a){};
};
```
在初始值列表中，b使用a变量的值进行初始值，然而b声明先于a，初始化优先级同样也先于a进行，但此时a还未进行初始化，这里b的值将为未定义。因此，最好统一成员声明与初始值列表的顺序，这样可以降低出错概率。
与类内初始值的关系
正如前面所言，若该成员有类内初始值，则当初始值列表不存在，或者没能为某个成员提供初始值时，则使用该值进行初始化。

三、默认构造

3.1 声明方式

编译器自动合成
当类中没有显示声明构造函数时，编译器会自动合成默认构造函数。这种函数的行为非常简单，即如果成员有类内初始值，则使用类内初始值进行初始化；若没有，则按块内标准执行默认初始化。（所谓的块内标准，指的是内置类型值为未定义，类类型执行各自的默认构造）
使用=default来获得默认行为
当类中存在其他有参构造函数时，编译器不会自动合成默认构造，此时需要我们对其进行显示声明。如果想简单地获得与自动合成的版本相同行为的构造函数的话，可以直接使用=default（C++ 11）完成对默认构造的定义。
```
struct B{
    B() = default; // 默认行为，等同于自动合成的版本
    B(int, int);
};
```
此外，用户可以使用=delete来禁止编译器自动合成默认构造函数。（有人会说这种没有任何构造函数的类有啥用？可以联想基类、接口类、静态提供单例的类等，这里不展开讲）
显式定义
如果希望在默认构造函数里做更多的工作，则需要显式定义它的函数体。
向构造函数的每一个参数都提供默认实参
此时相当于显式定义了默认构造函数。

3.2 禁用场景

默认构造函数的禁用场景指的是，无法自定义默认构造，同时编译器也无法自动合成默认构造函数的一些情况。这些情况比较多，我们这里列举经常遇到的几点，具体地可以去看cppreference上的默认构造函数一节。

首先先明确一点，数据成员的初始化是无关静态成员的。因此下面的类数据成员，均指非静态成员。在此基础上，以下情况，默认构造会被编译器自动删除，无法使用：

类类型成员没有默认构造

类数据成员存在const限定的类型且没有类内初始值（编译器会报类似下面的错误）

class A{
    const int a;
    int b;
};

int main(){
    A a; // error: use of deleted function 'A::A()'
    // note: 'A::A()' is implicitly deleted because the default definition would be ill-formed:
    return 0;
}

类数据成员存在引用类型且没有类内初始值（报错如上）
类内的类类型成员，其所属类别存在上述情况

3.3 默认构造的调用场景

默认构造显然可以主动指定用于创建对象，请注意正确的使用形式是A obj;而非A obj();。后者实际上是在声明一个函数，其返回值类型为A，参数列表为空，函数名为obj。

此外，当对象被默认初始化或者值初始化时也将自动执行默认构造。回想初始化相关知识点，定义变量却无初始值时，块内非静态变量执行默认初始化，数组初始化残缺元素补齐、块内外静态对象、全局变量均执行值初始化。

然而，无论默认初始化还是值初始化，对于类类型而言都会自动执行默认构造函数。两种初始化在以下场景中将被触发：

默认初始化：

块内不适用初始值定义一个非静态变量
类本身含有类类型成员，并且使用默认构造函数创建对象时
类类型成员没有在构造函数内显式初始化

值初始化：

数组初始化时，提供的元素少于数组维数，剩余元素自动执行值初始化。
不使用初始值定义一个局部静态变量时
通过T()显式请求值初始化时（例如A obj = A();）

四、委托构造

C++委托构造函数是C++11引入的一个特性，它的设计目的是为了简化构造函数的重载和代码复用。

在传统的C++中，如果一个类有多个构造函数，它们往往会有一些共同的初始化代码。为了避免重复编写这些共同的初始化代码，我们可以将这些代码提取到一个私有的辅助函数中，并在每个构造函数中调用这个辅助函数。但这样做会导致代码冗余，而且当初始化代码发生变化时，需要修改多个构造函数。

委托构造函数的设计目的就是为了解决这个问题。它允许一个构造函数调用同一个类的另一个构造函数，从而实现代码的复用。通过委托构造函数，我们可以将共同的初始化代码放在一个构造函数中，其他构造函数只需要调用这个构造函数即可。

下面展示《C++ Primer》中的一个使用委托构造函数设计的类的例子：

class A{
public:
    // 非委托构造函数使用初始值列表初始化成员
    A(std::string s, unsigned c, double p): 
        mem1(s), mem2(c), mem3(p){};
    // 委托构造函数可以将成员初始化过程委托给其他构造函数
    A(): A("", 0, 0) {}
    A(std::string s): A(s, 0, 0) {}
    A(std::istream &is): A() { read(is, *this); }
};