C++中如何實(shí)現(xiàn)對(duì)象初始化操作代碼

這篇文章給大家分享的是有關(guān)C++中如何實(shí)現(xiàn)對(duì)象初始化操作代碼的內(nèi)容。小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧。

當(dāng)對(duì)象在創(chuàng)建時(shí)獲得了一個(gè)特定的值，我們說(shuō)這個(gè)對(duì)象被初始化。初始化不是賦值，初始化的含義是創(chuàng)建變量賦予其一個(gè)初始值，而賦值的含義是把當(dāng)前值擦除，而以一個(gè)新值來(lái)替代。對(duì)象初始化可以分為默認(rèn)初始化、直接初始化、拷貝初始化以及值初始化。

// new edit on 2020.7.23
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;

class ClassTest {
 public:

  //定義默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
  ClassTest()  
  {
    c[0] = '\0';
    cout << "1) ClassTest()" << endl;
  }

  // 直接初始化
  ClassTest(const char* pc)  
  {
    strcpy_s(c, pc);
    cout << "2) ClassTest (const char *pc)" << endl;
  }

  //復(fù)制/拷貝構(gòu)造函數(shù)
  ClassTest(const ClassTest& ct)  
  {
    strcpy_s(c, ct.c);
    cout << "3) ClassTest(const ClassTest& ct)" << endl;
  }

  //重載賦值操作符
  ClassTest& operator=(const ClassTest& ct)  
  {
    strcpy_s(c, ct.c);
    cout << "4) ClassTest& operator=(const ClassTest &ct)" << endl;
    return *this;
  }

 private:
  char c[256];
};

ClassTest func(ClassTest temp) { return temp; }

int demo_test() {
  cout << "ct1: ";
  ClassTest ct1("ab");  // 直接初始化
  cout << "ct2: ";
  ClassTest ct2 = "ab"; // 直接初始化

  /*
  輸出說(shuō)明：關(guān)于編譯優(yōu)化：

  ClassTest ct2 = "ab";
  它本來(lái)是要這樣來(lái)構(gòu)造對(duì)象的：
  首先,調(diào)用構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const char *pc)函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象。
  然后,調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，把這個(gè)臨時(shí)對(duì)象作為參數(shù)，構(gòu)造對(duì)象ct2。然而，編譯也發(fā)現(xiàn)，復(fù)制構(gòu)造函數(shù)是
  公有的，即你明確地告訴了編譯器，你允許對(duì)象之間的復(fù)制，而且此時(shí)它發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)直接調(diào)用重載的
  構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const char *pc)來(lái)直接初始化對(duì)象，而達(dá)到相同的效果，所以就把這條語(yǔ)句優(yōu)化為
  ClassTest ct2（"ab"）。
  */
  cout << "ct3: ";
  ClassTest ct3 = ct1;  // 復(fù)制初始化
  cout << "ct4: ";
  ClassTest ct4(ct1);   // 復(fù)制初始化
  cout << "ct5: ";
  ClassTest ct5 = ClassTest();  // 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
  
  cout << "\nct6: "; // 依次調(diào)用 1)、2）、4），即默認(rèn)、直接、重載
  ClassTest ct6;  
  ct6 = "caoyan is a good boy!"; 

  cout << "\nct7: ";  
  ClassTest ct7;  // 依次調(diào)用 1)、3）、3）、4）
  ct7 = func(ct6);

  return 0;
}

old code:

// （1）默認(rèn)初始化
int i1;//默認(rèn)初始化，在函數(shù)體之外(初始化為0)  


int f(void)  
{  
int i2;//不被初始化，如果使用此對(duì)象則報(bào)錯(cuò)  
}  

string empty;//empty非顯示的初始化為一個(gè)空串，調(diào)用的是默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)  

// （2）拷貝初始化
string str1(10,'9');//直接初始化  
string str2(str1);//直接初始化  
string str3 = str1;//拷貝初始化  

 // （3）值初始化
vector<int> v1(10);//10個(gè)元素，每個(gè)元素的初始化為0  
vector<string> v2(10);//10個(gè)元素，每個(gè)元素都為空   

int *pi = new int;//pi指向一個(gè)動(dòng)態(tài)分配的，未初始化的無(wú)名對(duì)象  
string *ps = new string;//初始化為空string  
int *pi = new int;//pi指向一個(gè)未初始化的int  

int *pi = new int(1024);//pi指向的對(duì)象的值為1024  
string *ps = new string(10,'9');//*ps為"9999999999"  


string *ps1 = new string;//默認(rèn)初始化為空string  
string *ps2 = new string();//值初始化為空string  
int *pi1 = new int;//默認(rèn)初始化  
int *pi2 = new int();//值初始化為0

1、C++ Copy初始化

在《inside the c++ object model》一書(shū)中談到copy constructor的構(gòu)造操作，有三種情況下，會(huì)以一個(gè)object的內(nèi)容作為另一個(gè)object的初值：

• 第一種情況：XXaa=a;第二種情況：XXaa(a);

• 第三種情況：externfun(XXaa);fun(a)函數(shù)調(diào)用

• 第四種情況：XXfun(){...};XXa=fun();函數(shù)返回值的時(shí)候

下面我們就上述的四種情況來(lái)一一驗(yàn)證

#include <iostream>
using namespace std;

class ClassTest {
public:
  ClassTest() //定義默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
  {
    c[0] = '\0';
    cout << "ClassTest()" << endl;
  }
  ClassTest(const char *pc) // 直接初始化
  {  
    strcpy_s(c, pc);
    cout << "ClassTest (const char *pc)" << endl;
  }
  ClassTest(const ClassTest &ct) //復(fù)制構(gòu)造函數(shù)
  {
    strcpy_s(c, ct.c);
    cout << "ClassTest(const ClassTest& ct)" << endl;
  }
  ClassTest &operator=(const ClassTest &ct)  //重載賦值操作符
  {
    strcpy_s(c, ct.c);
    cout << "ClassTest& operator=(const ClassTest &ct)" << endl;
    return *this;
  }

private:
  char c[256];
};

ClassTest func(ClassTest temp) { return temp; }

int main() {
  cout << "ct1: ";
  ClassTest ct1("ab"); //直接初始化
  cout << "ct2: ";
  ClassTest ct2 = "ab"; //復(fù)制初始化
  /*輸出說(shuō)明：
  ClassTest ct2 = "ab";
  它本來(lái)是要這樣來(lái)構(gòu)造對(duì)象的：
  首先,調(diào)用構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const char *pc)函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象。
  然后,調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，把這個(gè)臨時(shí)對(duì)象作為參數(shù)，構(gòu)造對(duì)象ct2。然而，編譯也發(fā)現(xiàn)，復(fù)制構(gòu)造函數(shù)是
  公有的，即你明確地告訴了編譯器，你允許對(duì)象之間的復(fù)制，而且此時(shí)它發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)直接調(diào)用重載的
  構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const char *pc)來(lái)直接初始化對(duì)象，而達(dá)到相同的效果，所以就把這條語(yǔ)句優(yōu)化為
  ClassTest ct2（"ab"）。
  */
  cout << "ct3: ";
  ClassTest ct3 = ct1; //復(fù)制初始化
  cout << "ct4: ";
  ClassTest ct4(ct1); //直接初始化
  cout << "ct5: ";
  ClassTest ct5 = ClassTest(); //復(fù)制初始化
  cout << "ct6: ";
  ClassTest ct6; //復(fù)制初始化
  ct6 = "caoyan is a good boy!";
  cout << "ct7: ";
  ClassTest ct7;
  ct7 = func(ct6);
  return 0;
}

測(cè)試結(jié)果：

我們可以看到，比較復(fù)雜的是ct6和ct7,其中ct6還是比較好理解的，ct7這種情況比較難懂，為什么會(huì)有兩個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用？？？？

第一次拷貝構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用：第一次很簡(jiǎn)單，是因?yàn)楹瘮?shù)參數(shù)的傳遞，將ct6作為參數(shù)傳遞給temp，用ct6的值初始化temp會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)；

第二次拷貝構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用：因?yàn)橐祷匾粋€(gè)ClassTest對(duì)象，我們的編譯器怎么做？？？？首先它將temp對(duì)象拷貝到func函數(shù)的上一級(jí)棧幀中，它的上一級(jí)棧幀是main函數(shù)的棧幀，那么當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，參數(shù)出棧，temp對(duì)象的內(nèi)存空間就會(huì)被收回，但是它的值已經(jīng)被拷貝到main棧幀的一個(gè)預(yù)留空間中，所以從temp到預(yù)留空間的拷貝也是調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)，最后一步就是給ct7賦值，毫無(wú)疑問(wèn)調(diào)用賦值構(gòu)造函數(shù)；對(duì)棧幀不同的同學(xué)可以看看《程序員的自我修養(yǎng)》一書(shū)，里面講得很詳細(xì)！

2、初始化列表、構(gòu)造函數(shù)與=賦值之間的區(qū)別

總所周知，C++對(duì)象在創(chuàng)建之時(shí)，會(huì)由構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行一系列的初始化工作。以沒(méi)有繼承關(guān)系的單個(gè)類來(lái)看，除了構(gòu)造函數(shù)本身的產(chǎn)生與指定，還涉及到初始化步驟，以及成員初始化方式等一些細(xì)節(jié)，本篇筆記主要對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行介紹，弄清C++對(duì)象在初始化過(guò)程中一些基本運(yùn)行規(guī)則。

構(gòu)造函數(shù)指定

通常，我們?cè)谠O(shè)計(jì)一個(gè)類的時(shí)候，會(huì)為這個(gè)類編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的default constructor、copy constructor、copy assignment operator，還有一個(gè)deconstructor。即便我們僅僅編寫(xiě)一個(gè)空類，編譯器在編譯時(shí)仍舊會(huì)為其默認(rèn)聲明一個(gè)default constructor、copy constructor、copy assignment operator與deconstructor，如果在代碼里面存在著它們的使用場(chǎng)景，那么這個(gè)時(shí)候編譯器才會(huì)創(chuàng)建它們。

class MyCppClass {}

一旦我們?yōu)橐粋€(gè)類編寫(xiě)了default constructor，那么編譯器也就不會(huì)為其默認(rèn)生成default constructor，對(duì)于其他幾個(gè)函數(shù)也一樣。對(duì)于編譯器默認(rèn)生成的constructor來(lái)說(shuō)，它會(huì)以一定規(guī)則對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)成員進(jìn)行初始化?？紤]到成員初始化的重要性，在編寫(xiě)自己的constructor時(shí)就需要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真了，特別是在類的派生與繼承情況下這點(diǎn)顯得尤為重要。對(duì)于copy constructor和assignment operator的運(yùn)用場(chǎng)景，這里不得不多說(shuō)一點(diǎn)，見(jiàn)如下代碼：

#include <iostream>
 
using std::cout;
using std::endl;
 
class MyCppClass
{
public:
    MyCppClass()
    {
        std::cout <<"In Default Constructor!" <<std::endl;
    }
 
    MyCppClass(const MyCppClass& rhs)
    {
        std::cout <<"In Copy Constructor!" <<std::endl;
    }
 
    MyCppClass& operator= (const MyCppClass& rhs)
    {
        std::cout <<"In Copy Assignment Operator!" <<std::endl;
 
        return *this;
    }
};
 
int main()
{
    MyCppClass testClass1;                 // default constructor
    MyCppClass testClass2(testClass1);     // copy constructor
    testClass1 = testClass2;               // copy assignment operator
 
    MyCppClass testClass3 = testClass1;    // copy constructor
 
    return 0;
}

執(zhí)行結(jié)果：

這里需要注意的是，一般情況下我們總是以為在‘='運(yùn)算符出現(xiàn)的地方都是調(diào)用copy assignment operator，上

面這種情況卻是個(gè)例外。也就是，當(dāng)一個(gè)新對(duì)象被定義的時(shí)候，即便這個(gè)時(shí)候是使用了'='運(yùn)算符，它真實(shí)調(diào)用的是初始化函數(shù)copy constructor，而不是調(diào)用copy assignment operator去進(jìn)行賦值操作。

Why初始化列表

一個(gè)對(duì)象在初始化時(shí)包括了兩個(gè)步驟：

首先，分配內(nèi)存以保存這個(gè)對(duì)象；

其次，執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)。

在執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)的時(shí)候，如果存在有初始化列表，則先執(zhí)行初始化列表，之后再執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)的函數(shù)體。那么，為什么會(huì)引入初始化列表呢？

C++與C相比，在程序組織上由“以函數(shù)為基本組成單位的面向過(guò)程”變遷到“基于以類為中心的面向?qū)ο蟆?，與此同時(shí)類也作為一種復(fù)合數(shù)據(jù)類型，而初始化列表無(wú)非就是進(jìn)行一些數(shù)據(jù)的初始化工作。考慮到這里，也可以較為自然的推測(cè)初始化列表與類這種數(shù)據(jù)類型的初始化有著關(guān)聯(lián)。

在引入初始化列表之后，一個(gè)類對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)成員的初始化就存在有兩種方式。下面是類的數(shù)據(jù)成員類型分別為內(nèi)置類型、自定義類型時(shí)的一個(gè)對(duì)比。 

// 數(shù)據(jù)成員類型為內(nèi)置類型
class MyCppClass
{
public:
    // 賦值操作進(jìn)行成員初始化
    MyCppClass 
    {
        counter = 0;
    }
    
    // 初始化列表進(jìn)行成員初始化
    MyCppClass : counter(0)
    {
    }

private:
    int    counter;
}

當(dāng)類的數(shù)據(jù)成員類型為內(nèi)置類型時(shí)，上面兩種初始化方式的效果一樣。當(dāng)數(shù)據(jù)成員的類型同樣也為一個(gè)類時(shí)，初始化的過(guò)程就會(huì)有不一樣的地方了，比如：

// 數(shù)據(jù)成員類型為自定義類型：一個(gè)類
class MyCppClass
{
public:
    // 賦值操作進(jìn)行成員初始化
    MyCppClass(string name) 
    {
        counter = 0;
        theName = name;
    }

    // 初始化列表進(jìn)行成員初始化
    MyCppClass : counter(0), theName(name)
    {
    }

private:
    int    counter;
    string theName;
}

在構(gòu)造函數(shù)體內(nèi)的theName = name這條語(yǔ)句，theName先會(huì)調(diào)用string的default constructor進(jìn)行初始化，之后再調(diào)用copy assignment opertor進(jìn)行拷貝賦值。而對(duì)于初始化列表來(lái)說(shuō)，直接通過(guò)copy constructor進(jìn)行初始化。

明顯起見(jiàn)，可以通過(guò)如下的代碼進(jìn)行測(cè)試。

#include <iostream>
#include <string>
 
class SubClass
{
public:
    SubClass()
    {
        std::cout <<" In SubClass Default Constructor!" <<std::endl;
    }
 
    SubClass(const SubClass& rhs)
    {
        std::cout <<" In SubClass Copy Constructor!" <<std::endl;
    }
 
    SubClass& operator= (const SubClass& rhs)
    {
        std::cout <<" In SubClass Copy Assignment Operator!" <<std::endl;
 
        return *this;
    }
};
 
class BaseClass
{
public:
    BaseClass(const SubClass &rhs)
    {
        counter = 0;
        theBrother = rhs;
        std::cout <<" In BaseClass Default Constructor!" <<std::endl;
    }
 
    BaseClass(const SubClass &rhs, int cnt):theBrother(rhs),counter(cnt)
    {
        std::cout <<" In BaseClass Default Constructor!" <<std::endl;
    }
 
    BaseClass(const BaseClass& rhs)
    {
        std::cout <<" In BaseClass Copy Constructor!" <<std::endl;
    }
 
    BaseClass& operator= (const BaseClass& rhs)
    {
        std::cout <<" In BaseClass Copy Assignment Operator!" <<std::endl;
 
        return *this;
    }
private:
    int counter;
    SubClass theBrother;
};
 
int main()
{
    SubClass subClass;
 
    std::cout <<"\nNo Member Initialization List: " <<std::endl;
    BaseClass BaseClass1(SubClass);
 
    std::cout <<"\nMember Initialization List: " <<std::endl;
    BaseClass BaseClass2(SubClass, 1);
 
    return 0;
}

執(zhí)行結(jié)果：

也就是，在涉及到自定義類型初始化的時(shí)候，使用初始化列表來(lái)完成初始化在效率上會(huì)有著更佳的表現(xiàn)。這也是初始化列表的一大閃光點(diǎn)。即便對(duì)于內(nèi)置類型，在一些情況下也是需要使用初始化列表來(lái)完成初始化工作的，比如const、references成員變量。這里有篇筆記，對(duì)初始化列表有著非常詳盡的描述。

幾個(gè)初始化名詞

在閱讀《Accelerated C++》中文版時(shí)，總是碰到“缺省初始化”、“隱式初始化”以及“數(shù)值初始化”，最初在理解這幾個(gè)名詞的時(shí)候幾費(fèi)周折，總覺(jué)得為什么一個(gè)初始化操作造出了如此多的名詞，為此沒(méi)少花時(shí)間來(lái)弄清楚它們之間的關(guān)系。

為了更好的理解它們，先對(duì)C++當(dāng)中的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行簡(jiǎn)單劃分。在C++里面，數(shù)據(jù)類型大致可以分為兩種：第一種是內(nèi)置類型，比如float, int, double等；第二種是自定義類型，也就是我們常用的class, struct定義的類。在對(duì)這些類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化時(shí)，差別就體現(xiàn)出來(lái)了：對(duì)于內(nèi)置類型，在使用之前必須進(jìn)行顯示的初始化，而對(duì)于自定義類型，初始化責(zé)任則落在了構(gòu)造函數(shù)身上。

int x = 0;          // 顯示初始化x
SubClass subClass;  // 依賴SubClass的default constructor進(jìn)行初始化

上面的名詞“缺省初始化”描述的就是當(dāng)內(nèi)置類型或者自定義類型的數(shù)據(jù)沒(méi)有進(jìn)行顯示初始化時(shí)的一種初始化狀態(tài)。而“隱式初始化”描述的是在該狀態(tài)下面進(jìn)行的具體操作方式，比如對(duì)于內(nèi)置類型來(lái)說(shuō)，缺省初始化狀態(tài)下進(jìn)行的隱式初始化實(shí)際上是未定義的，而自定義類型的隱式初始化則依賴于其constructor。

前面提到過(guò)C++不保證內(nèi)置類型的初始化，但是當(dāng)內(nèi)置類型在作為一個(gè)類的成員時(shí)，在某些特定的條件下該內(nèi)置類型的成員會(huì)被編譯器主動(dòng)進(jìn)行初始化，對(duì)于這個(gè)過(guò)程也就是所謂的數(shù)值初始化。在《Accelerated C++》當(dāng)中列出了如下的幾種情況：

1. 對(duì)象被用來(lái)初始化一個(gè)容器元素

2. 為映射表添加一個(gè)新元素，對(duì)象是這個(gè)添加動(dòng)作的副作用

3. 定義一個(gè)特定長(zhǎng)度的容器，對(duì)象為容器的元素

測(cè)試如下：

#include <iostream> 
#include <vector> 
#include <map> 
#include <string> 
 
using std::cout; 
using std::endl; 
using std::vector; 
using std::map; 
using std::string; 
 
class NumbericInitTestClass 
{ 
public: 
    void PrintCounter() 
    { 
        cout <<"counter = " <<counter <<endl; 
    } 
private: 
    int counter; 
}; 
 
 
int main() 
{ 
    NumbericInitTestClass tnc; 
    tnc.PrintCounter(); 
 
    map<string, int> mapTest; 
    cout <<mapTest["me"] <<endl; 
 
    vector<NumbericInitTestClass> vecNumbericTestClass(1); 
    vecNumbericTestClass[0].PrintCounter(); 
 
    return 0; 
}

對(duì)于沒(méi)有進(jìn)行初始化的內(nèi)置類型，是一個(gè)未定義的值2009095316，而對(duì)于2, 3種情況來(lái)說(shuō)，均被初始化為0，對(duì)于第1種情況我還沒(méi)有想到合適的場(chǎng)景。

回過(guò)頭想想，為了書(shū)中的一些相似的名詞，去想辦法把它們湊在一起總是顯得有些牽強(qiáng)附會(huì):)一些規(guī)則這里附上幾條有關(guān)初始化的基本規(guī)則，它們多來(lái)源于《Effective C++》：

1. 為內(nèi)置型對(duì)象進(jìn)行手工初始化，因?yàn)镃++不保證初始化它們。

2. 構(gòu)造函數(shù)最好使用成員初值列（member initialization list），而不要在構(gòu)造函數(shù)體內(nèi)使用賦值操作。初值列列出的成員變量，其排列次序應(yīng)該和它們?cè)赾lass中聲明的次序相同。

3. C++不喜歡析構(gòu)函數(shù)吐出異常。

4. 在構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)期間不要調(diào)用virtual函數(shù)，因?yàn)檫@類調(diào)用從不下降至derived class。

5. copying函數(shù)應(yīng)該確保復(fù)制“對(duì)象內(nèi)所有成員變量”及“所有base class成分”。

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