成员初始化列表

何谓初始化列表

与其他函数不同，构造函数除了有名字，参数列表和函数体之外，还可以有初始化列表，初始化列表以冒号开头，后跟一系列以逗号分隔的初始化字段。成员初始化表仅允许有表达式和父类的拷贝构造函数,不允许出现语句.

struct foo
{
  string name ;
  int id ;
  foo(string s, int i):name(s), id(i){} ; // 初始化列表
};

构造函数的两个执行阶段

构造函数的执行可以分成两个阶段，初始化阶段和计算阶段，初始化阶段先于计算阶段。

初始化阶段

所有类类型（class type）的成员都会在初始化阶段初始化，即使该成员没有出现在构造函数的初始化列表中。

计算阶段

一般用于执行构造函数体内的赋值操作，下面的代码定义两个结构体，其中Test1有构造函数，拷贝构造函数及赋值运算符，为的是方便查看结果。Test2是个测试类，它以Test1的对象为成员，我们看一下Test2的构造函数是怎么样执行的。

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struct Test1
{
  Test1() // 无参构造函数
  { 
    cout << "Construct Test1" << endl ;
  }

  Test1(const Test1& t1) // 拷贝构造函数
  {
    cout << "Copy constructor for Test1" << endl ;
    this->a = t1.a ;
  }

  Test1& operator = (const Test1& t1) // 赋值运算符
  {
    cout << "assignment for Test1" << endl ;
    this->a = t1.a ;
    return *this;
  }

  int a ;
};

struct Test2
{
  Test1 test1 ;
  Test2(Test1 &t1)
  {
    test1 = t1 ;
  }
};

调用代码

Test1 t1 ;
Test2 t2(t1) ;

输出

解释一下，第一行输出对应调用代码中第一行，构造一个Test1对象。第二行输出对应Test2构造函数中的代码，用默认的构造函数初始化对象test1，这就是所谓的初始化阶段。第三行输出对应Test1的赋值运算符，对test1执行赋值操作，这就是所谓的计算阶段。

为什么使用初始化列表

初始化类的成员有两种方式，一是使用初始化列表，二是在构造函数体内进行赋值操作。使用初始化列表主要是基于性能问题，对于内置类型，如int, float等，使用初始化类表和在构造函数体内初始化差别不是很大，但是对于类类型来说，最好使用初始化列表，为什么呢？由上面的测试可知，使用初始化列表少了一次调用默认构造函数的过程，这对于数据密集型的类来说，是非常高效的。同样看上面的例子，我们使用初始化列表来实现Test2的构造函数

struct Test2
{
  Test1 test1 ;
  Test2(Test1 &t1):test1(t1){}
}

使用同样的调用代码，输出结果如下。

第一行输出对应调用代码的第一行。第二行输出对应Test2的初始化列表，直接调用拷贝构造函数初始化test1，省去了调用默认构造函数的过程。所以一个好的原则是，能使用初始化列表的时候尽量使用初始化列表。

哪些东西必须放在初始化列表中

除了性能问题之外，有些时场合初始化列表是不可或缺的，以下几种情况时必须使用初始化列表

常量成员，因为常量只能初始化不能赋值，所以必须放在初始化列表里面
引用类型，引用必须在定义的时候初始化，并且不能重新赋值，所以也要写在初始化列表里面
存在需要使用拷贝构造函数的父类或类对象.

对于没有默认构造函数的类，我们看一个例子。

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struct Test1
{
  Test1(int a):i(a){}
  int i ;
};

struct Test2
{
  Test1 test1 ;
  Test2(Test1 &t1)
  {
    test1 = t1 ;
  }
};

以上代码无法通过编译，因为Test2类中Test1 test1;需要调用默认的构造函数，但是Test1类没有无参的构造函数，但是由于Test1没有默认的构造函数，故而编译错误。正确的代码如下，使用初始化列表代替赋值操作。

struct Test2
{
  Test1 test1 ;
  Test2(Test1 &t1):test1(t1){}
}

成员变量的初始化顺序

成员是按照他们在类中出现的顺序进行初始化的，而不是按照他们在初始化列表出现的顺序初始化的，看代码。

struct foo
{
  int i ;
  int j ;
  foo(int x):i(x), j(i){}; // ok, 先初始化i，后初始化j
};

再看下面的代码

struct foo
{
  int i ;
  int j ;
  foo(int x):j(x), i(j){} // i值未定义
};

这里i的值是未定义的，虽然j在初始化列表里面出现在i前面，但是i先于j定义，所以先初始化i，但i由j初始化，此时j尚未初始化，所以导致i的值未定义。所以，一个好的习惯是，按照成员定义的顺序进行初始化。

为基类和成员类进行初始化

成员类

对于类对象数据成员应使用成员初始化列表进行初始化。

程序代码示例如下：

class ABC
{
public:
	ABC(int x, int y, int z);
private :
			int a;
			int b;
			int c;
};

class MyClass
{
public:
	MyClass( ):abc(l,2,3){}

private:
	ABC abc;
}

上例中，因为ABC有了显式的带参数的构造函数，那么它是无法依靠编译器生成无参构造函数的，所以没有3个int型数据，就无法创建ABC的对象。

ABC类对象是MyClass的成员，如果要初始化对象abc，只能用成员初始化列表，没有其他办法将参数传递给ABC类构造函数。

基类

子类的初始化列表不能初始化父类或者祖先类的成员,例如

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class A {
protected:
    int n_;
};

class B : public A {
public:
    B() : n_(0)
    {}
};

会出现编译错误.

子类初始化基类,需要利用成员初始化列表调用基类的构造函数进行整体初始化.

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class A 
{ 
    public: 
        int data; 
 
    A(int a)
        : data(a)
    {
    }
}; 
 
class B : public A //频率编辑框控件 
{ 
    public: 
        B ( int a ) 
            : A(a) 
        {
        } 
}; 

继承体系下的构造函数

构造函数的执行算法通常如下:

如果当前对象是派生类,所有的虚基类和上一层的基类的构造函数会被调用.
当前对象的vptr被初始化,指向相关的虚表.
如果有成员初始化列表,将在构造函数体内扩展开来.这必须在vptr被设定之后才做,以免有虚函数被调用.
执行构造函数内由程序员提供的代码(成员对象的构造)

重点解释一下虚继承的情况:

看以下三种类的派生情况:

class Vertex : virtual public Point {...};
class Vertex3d : public Point3d , public Vertex {...};
class PVertex : public Vertex3d {...};

Vertex的构造函数必须也调用Point的构造函数.然而,当Point3d和Vertex同为Vertex3d的基类时,它们对Point构造函数的调用操作一定不可以发生;取而代之的是,作为一个最底层的class,Vertex3d有责任将Point初始化.而更往后的继承,则由PVertex来负责完成被共享的虚基类Point的构造.

默认构造函数

默认构造函数只在需要的时候被编译器合成出来.如果已经类内已经定义了相应类型的函数，为了保证正确性，系统不会创建无参构造函数，这时候，如果你还想允许无参构造，就必须显式的声明一个无参函数。

如果一个类没有任何构造函数.那么有4种情况,会使编译器必须为未声明构造函数的类合成默认构造函数.

如果设计者提供多个构造函数,但没有默认构造函数.那么编译器会扩张现有的每一个构造函数,将所有需要的默认构造函数的代码加进去,而不会合成新的默认构造函数.

类内存在包含默认构造函数的对象

如果类内含一个自身带有默认构造函数的对象,那么编译器需要为该类合成出一个默认构造函数,不过这个合成操作只在构造函数真正需要被调用时才会发生.

如果有多个成员类对象,那么以成员类对象在类内的声明顺序来调用各个构造函数.

类派生自带有默认构造函数的基类

如果一个没有构造函数的类派生自一个带有默认构造函数的基类,那么派生类的默认构造函数需要被合成出来.它将调用基类的默认构造函数.

如果同时存在包含默认构造函数的类成员对象,那么在基类的默认构造函数被调用后,这些成员的默认构造函数被调用.

带有虚函数的类

如下两种情况,也要合成默认构造函数:

类声明一个虚函数
类派生自一个继承串链,其中有一个或更多的虚基类.

下面两个扩张行动会在编译期间发生:

一个虚函数表vtbl会被编译器产生出来,内放类的虚函数地址
在每一个类的实例化对象中,一个vptr会被编译器合成出来,内含vtbl的地址.

带有虚基类的类

虚基类的实现法在不同的编译器之间有极大的差异,单每一种实现法的共同点在于必须使虚基类在每一个派生类中的位置能够在执行期准备妥当.

编译器无法固定虚基类的实际偏移位置,因为基类的真正类型可以改变.所以编译器必须改变"执行存取操作"的那些代码,使相关操作可以延迟至执行期才决定下来.

对于每一个构造函数,编译器会安插允许每一个虚基类的执行期存取操作的代码.

构造函数与异常处理

因为构造函数没有返回值，所以通知对象的构造失败的唯一方法就是在构造函数中抛出异常。构造函数中抛出异常将导致对象的析构函数不被执行，当对象发生部分构造时，已经构造完毕的子对象将会逆序地被析构。

构造函数与成员初始化列表详解

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