C++初始化列表

本文主要说明成员初始化列表的注意事项。

I、上帝视角看初始化列表

构造函数可以有两种构造形式，一是在构造函数体内对成员进行赋值，二是使用初始化列表：

class Test {
public:
    Test() = default;
    /*
    Test(int x) {           //在函数体内完成
        Test_int = x;
    }
    */

    Test(int x) : Test_int(x) {}    //以初始化列表形式完成

private:
    int Test_int = 0;
};

II、构造函数的两个阶段

构造函数执行分为两个阶段，初始化阶段和计算阶段。

2.1 初始化阶段

所有类类型的成员都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。

2.2 计算阶段

用于执行函数体内的赋值操作。

要理解这两个阶段可以观察下面的实例：

#include<iostream>
using namespace std;


class Test1 {
public:
    Test1() {cout << "Construct Test1" << endl;}

    //拷贝构造函数
    Test1(const Test1& other) {
        Test1_int = other.Test1_int;
        cout << "Copy constructor Test1" << endl;
    }

    //拷贝赋值运算符
    Test1& operator=(const Test1& other) {
        //判断自赋值问题，执行swap
        if (this != &other) {
            Test1 temp(other);  //执行一次拷贝构造函数，输出"Copy constructor Test1"

            swap(temp.Test1_int, Test1_int);
        }
        cout << "assignment Test1" << endl;
        return *this;
    }

private:
    int Test1_int = 0;

};

class Test2 {
public:
    //自定义构造函数
    Test2(const Test1& t1) {
        cout << "Construct Test2" << endl;
        test1 = t1;     //执行计算操作
    }
private:
    Test1 test1;
};

int main() {
    Test1 t1;      //输出"Construct Test1"

    cout << "===============================" << endl;

    Test2 t2(t1);   //首先构造Test2中的t1(输出"Construct Test1")
                    //然后调用Test2的自定义构造函数，其中需要调用Test1的拷贝赋值运算符(输出"assignment ...")
                    //在调用拷贝赋值运算符的时候，会调用拷贝构造函数(输出Copy"")
}

执行结果说明：

输出结果

III、初始化列表优势

使用初始化列表主要是考虑性能问题，对于内置类型，如int，float等，使用初始化列表和构造函数体内初始化差别不大，但对于类类型来说，最好使用初始化列表。

看下面例子：

#include<iostream>
using namespace std;


class Test1 {
public:
    Test1() {cout << "Construct Test1" << endl;}

    //拷贝构造函数
    Test1(const Test1& other) {
        Test1_int = other.Test1_int;
        cout << "Copy constructor Test1" << endl;
    }

    //拷贝赋值运算符
    Test1& operator=(const Test1& other) {
        //判断自赋值问题，执行swap
        if (this != &other) {
            Test1 temp(other);  //执行一次拷贝构造函数，输出"Copy constructor Test1"

            swap(temp.Test1_int, Test1_int);
        }
        cout << "assignment Test1" << endl;
        return *this;
    }

private:
    int Test1_int = 0;

};

class Test2 {
public:
    //自定义构造函数
    Test2(const Test1& t1) {
        cout << "Construct Test2" << endl;
        test1 = t1;     //执行计算操作
    }
private:
    Test1 test1;
};

class Test3 {
public:
    Test3(const Test1& t1):test1(t1){
        cout << "Construct Test3" << endl;
    }
private:
    Test1 test1;
};

int main() {
    Test1 t1;      //输出"Construct Test1"

    cout << "==============Test2=================" << endl;

    Test2 t2(t1);   //首先构造Test2中的t1(输出"Construct Test1")
                    //然后调用Test2的自定义构造函数，其中需要调用Test1的拷贝赋值运算符(输出"assignment ...")
                    //在调用拷贝赋值运算符的时候，会调用拷贝构造函数(输出Copy"")

    cout << "==============Test3==================" << endl;
    Test3 t3(t1);

    return 0;
}

执行结果说明：

执行结果

可以看出相比于Test2的函数体内初始化，Test3使用初始化列表可以少调用Test1的构造函数。这对于数据密集型的类来说，是非常高效的。

IV、必须使用初始化列表的情况

除了III中说明的性能原因之外，有些情况下初始化列表是不可或缺的：
1、常量成员，引用类型成员：这两种成员变量只能在定义时初始化，而不能重写赋值，所以要写在初始化列表中。
2、没有默认构造函数的类类型成员。由上面的例子可以看出，使用初始化列表不用调用类类型成员的默认构造函数来初始化，而是直接使用拷贝构造函数初始化。

如下面例子：

#include<iostream>

using namespace std;

class Test1 {
public:
    Test1(int a) :Test1_int(a) {}

private:
    int Test1_int;
};

class Test2 {
public:
    Test2(const Test1& t1) {
        test1 = t1;
    }
private:
    Test1 test1;
};

int main() {
    Test1 t1;
    Test2 t2(t1);

    return 0;
}
//无法完成编译

上述代码无法完成编译，因为Test2使用函数体内完成初始化，需要调用Test1的默认初始化函数，而Test1中没有默认初始化函数。

为Test1中增加默认初始化函数，则可完成Test2的初始化：

#include<iostream>

using namespace std;

class Test1 {
public:
    Test1(int a):Test1_int(a) {}
    Test1() = default;

private:
    int Test1_int;
};

class Test2 {
public:
    Test2(const Test1& t1) {
        test1 = t1;
    }
private:
    Test1 test1;
};

int main() {
    Test1 t1;
    Test2 t2(t1);

    return 0;
}

V 、初始化列表中初始化成员的顺序

初始化列表中初始化成员的顺序是按照成员变量声明的顺序完成的，而不是以初始化列表中的顺序。

例如，下列示例：

#include<iostream>

using namespace std;

class Test1 {
public:
    Test1(int a):j(a), i(j) {}    //i未定义

    int i;
    int j;
};

int main() {
    Test1 t1(100);

    cout << t1.i << " " << t1.j << endl;

    return 0;
}

输出结果为：

输出结果

这是由于i未定义的原因。

【参考】
[1] C++ 初始化列表

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