Конструкторы (C++)

  • Статья

Чтобы настроить, как класс инициализирует его члены или вызывать функции при создании объекта класса, определите конструктор. Конструкторы имеют имена, совпадающие с именами классов, и не имеют возвращаемых значений. Можно определить столько перегруженных конструкторов, сколько необходимо для настройки инициализации различными способами. Как правило, конструкторы имеют открытый доступ, поэтому код за пределами определения класса или иерархии наследования может создавать объекты класса. Но вы также можете объявить конструктор как protected или private.

Конструкторы могут при необходимости принимать список инициализаторов элементов. Это более эффективный способ инициализации элементов класса, чем назначение значений в тексте конструктора. В приведенном ниже примере показан класс Box с тремя перегруженными конструкторами. Последние два используют списки инициализации членов:

class Box {
public:
    // Default constructor
    Box() {}

    // Initialize a Box with equal dimensions (i.e. a cube)
    explicit Box(int i) : m_width(i), m_length(i), m_height(i) // member init list
    {}

    // Initialize a Box with custom dimensions
    Box(int width, int length, int height)
        : m_width(width), m_length(length), m_height(height)
    {}

    int Volume() { return m_width * m_length * m_height; }

private:
    // Will have value of 0 when default constructor is called.
    // If we didn't zero-init here, default constructor would
    // leave them uninitialized with garbage values.
    int m_width{ 0 };
    int m_length{ 0 };
    int m_height{ 0 };
};

При объявлении экземпляра класса компилятор выбирает конструктор для вызова на основе правил разрешения перегрузки:

int main()
{
    Box b; // Calls Box()

    // Using uniform initialization (preferred):
    Box b2 {5}; // Calls Box(int)
    Box b3 {5, 8, 12}; // Calls Box(int, int, int)

    // Using function-style notation:
    Box b4(2, 4, 6); // Calls Box(int, int, int)
}
  • Конструкторы могут быть объявлены как inline, friendexplicitили constexpr.
  • Конструктор может инициализировать объект, объявленный как constили volatileconst volatile. Объект становится const после завершения конструктора.
  • Чтобы определить конструктор в файле реализации, присвойте ему полное имя, как и любая другая функция-член: Box::Box(){...}

Списки инициализатора элементов

Конструктор может иметь список инициализаторов элементов, который инициализирует элементы класса перед запуском текста конструктора. (Список инициализаторов элементов не совпадает со списком инициализаторов типа std::initializer_list<T>.)

Предпочесть списки инициализаторов элементов вместо назначения значений в тексте конструктора. Список инициализаторов элементов напрямую инициализирует элементы. В следующем примере показан список инициализатора элементов, состоящий из всех identifier(argument) выражений после двоеточия:

    Box(int width, int length, int height)
        : m_width(width), m_length(length), m_height(height)
    {}

Идентификатор должен ссылаться на член класса; он инициализирован со значением аргумента. Аргумент может быть одним из параметров конструктора, вызовом функции или одним std::initializer_list<T>из них.

const элементы и члены ссылочного типа должны быть инициализированы в списке инициализатора элементов.

Чтобы обеспечить полное инициализацию базовых классов перед запуском производного конструктора, вызовите все параметризованные конструкторы базового класса в списке инициализатора.

Конструкторы по умолчанию

У конструкторов по умолчанию обычно нет параметров, но у них могут быть параметры со значениями по умолчанию.

class Box {
public:
    Box() { /*perform any required default initialization steps*/}

    // All params have default values
    Box (int w = 1, int l = 1, int h = 1): m_width(w), m_height(h), m_length(l){}
...
}

Конструкторы по умолчанию являются одной из специальных функций-членов. Если конструкторы не объявляются в классе, компилятор предоставляет неявный inline конструктор по умолчанию.

#include <iostream>
using namespace std;

class Box {
public:
    int Volume() {return m_width * m_height * m_length;}
private:
    int m_width { 0 };
    int m_height { 0 };
    int m_length { 0 };
};

int main() {
    Box box1; // Invoke compiler-generated constructor
    cout << "box1.Volume: " << box1.Volume() << endl; // Outputs 0
}

Если вы используете неявный конструктор по умолчанию, обязательно инициализируйте члены в определении класса, как показано в предыдущем примере. Без этих инициализаторов члены не будут инициализированы, а вызов Volume() создаст мусорное значение. Как правило, рекомендуется инициализировать элементы таким образом, даже если не полагаться на неявный конструктор по умолчанию.

Можно запретить компилятору создавать неявный конструктор по умолчанию, определив его как deleted:

    // Default constructor
    Box() = delete;

Конструктор по умолчанию, созданный компилятором, будет определен как удаленный, если какие-либо члены класса не создаются по умолчанию. Например, у всех членов типа класса и их членов типа класса должны быть доступные конструктор по умолчанию и деструкторы. Все члены данных ссылочного типа и все const члены должны иметь инициализатор элементов по умолчанию.

При вызове конструктора, созданного компилятором по умолчанию, и попытке использовать круглые скобки выдается предупреждение:

class myclass{};
int main(){
myclass mc();     // warning C4930: prototyped function not called (was a variable definition intended?)
}

Это оператор является примером проблемы "Большинство Vexing Parse". Можно интерпретировать myclass md(); как объявление функции или как вызов конструктора по умолчанию. Так как средства синтаксического анализа C++ предпочитают объявления по сравнению с другими вещами, выражение рассматривается как объявление функции. Дополнительные сведения см. в статье Википедии Наиболее неоднозначный анализ.

Если объявлены какие-либо конструкторы, отличные от по умолчанию, компилятор не предоставляет конструктор по умолчанию:

class Box {
public:
    Box(int width, int length, int height)
        : m_width(width), m_length(length), m_height(height){}
private:
    int m_width;
    int m_length;
    int m_height;

};

int main(){

    Box box1(1, 2, 3);
    Box box2{ 2, 3, 4 };
    Box box3; // C2512: no appropriate default constructor available
}

Если у класса нет конструктора по умолчанию, массив объектов этого класса не может быть создан только с помощью синтаксиса квадратной скобки. Например, учитывая предыдущий блок кода, массив Boxes нельзя объявить следующим образом:

Box boxes[3]; // C2512: no appropriate default constructor available

Но для инициализации массива объектов Box можно использовать набор списков инициализаторов:

Box boxes[3]{ { 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6 }, { 7, 8, 9 } };

Дополнительные сведения см. в статье Инициализаторы.

Конструкторы копии

Конструктор копий предназначен для инициализации объекта путем копирования значений членов из объекта того же типа. Если члены класса являются простыми типами, такими как скалярные значения, конструктор копирования, созданный компилятором, достаточно, и вам не нужно определять собственные. Если для класса требуется более сложная инициализация, необходимо реализовать пользовательский конструктор копий. Например, если член класса является указателем, необходимо определить конструктор копий, чтобы выделить новую память и скопировать значения из другого объекта, на который существует указатель. Созданный компилятором конструктор копий просто копирует указатель, так что новый указатель по-прежнему указывает на прежнее расположение в памяти.

У конструктора копий может быть одна из следующих сигнатур:

    Box(Box& other); // Avoid if possible--allows modification of other.
    Box(const Box& other);
    Box(volatile Box& other);
    Box(volatile const Box& other);

    // Additional parameters OK if they have default values
    Box(Box& other, int i = 42, string label = "Box");

При определении конструктора копий необходимо также определить оператор присваивания копированием (=). Дополнительные сведения см. в статьях Присваивание и Конструкторы копий и операторы присваивания копированием.

Вы можете запретить копирование объекта, определив конструктор копий как удаленный:

    Box (const Box& other) = delete;

При попытке копирования объекта возвращается ошибка C2280: предпринята попытка ссылки на удаленную функцию.

Конструкторы перемещения

Конструктор перемещения — это специальная функция-член, передающая право собственности на данные существующего объекта новой переменной без копирования исходных данных. Он принимает ссылку rvalue в качестве первого параметра, а все последующие параметры должны иметь значения по умолчанию. Конструкторы перемещения могут значительно повысить эффективность программы при передаче больших объектов.

Box(Box&& other);

Компилятор выбирает конструктор перемещения, когда объект инициализирован другим объектом того же типа, если другой объект будет уничтожен и больше не нуждается в его ресурсах. В следующем примере показан один случай, когда конструктор перемещения выбирается с помощью разрешения перегрузки. В конструкторе, который вызывает get_Box(), возвращаемое значение будет xvalue (значение с истекающим сроком действия). Поэтому он не назначается какой-либо переменной и поэтому выходит из область. Чтобы создать основу для этого примера, пусть у объекта Box будет большой вектор строк, которые представляют его содержимое. Вместо копирования вектора и его строк конструктор перемещения "крадет" его из значения с истекающим сроком действия box, чтобы вектор теперь принадлежал новому объекту. Необходим только вызов std::move, так как классы vector и string реализуют собственные конструкторы перемещения.

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;

class Box {
public:
    Box() { std::cout << "default" << std::endl; }
    Box(int width, int height, int length)
       : m_width(width), m_height(height), m_length(length)
    {
        std::cout << "int,int,int" << std::endl;
    }
    Box(Box& other)
       : m_width(other.m_width), m_height(other.m_height), m_length(other.m_length)
    {
        std::cout << "copy" << std::endl;
    }
    Box(Box&& other) : m_width(other.m_width), m_height(other.m_height), m_length(other.m_length)
    {
        m_contents = std::move(other.m_contents);
        std::cout << "move" << std::endl;
    }
    int Volume() { return m_width * m_height * m_length; }
    void Add_Item(string item) { m_contents.push_back(item); }
    void Print_Contents()
    {
        for (const auto& item : m_contents)
        {
            cout << item << " ";
        }
    }
private:
    int m_width{ 0 };
    int m_height{ 0 };
    int m_length{ 0 };
    vector<string> m_contents;
};

Box get_Box()
{
    Box b(5, 10, 18); // "int,int,int"
    b.Add_Item("Toupee");
    b.Add_Item("Megaphone");
    b.Add_Item("Suit");

    return b;
}

int main()
{
    Box b; // "default"
    Box b1(b); // "copy"
    Box b2(get_Box()); // "move"
    cout << "b2 contents: ";
    b2.Print_Contents(); // Prove that we have all the values

    char ch;
    cin >> ch; // keep window open
    return 0;
}

Если класс не определяет конструктор перемещения, компилятор создает неявное, если конструктор копирования не объявлен пользователем, оператор назначения копирования, оператор назначения перемещения или деструктор. Если явный или неявный конструктор перемещения не определен, операции, в которых иначе использовался бы конструктор перемещения, используют вместо него конструктор копий. Если класс объявляет конструктор перемещения или оператор присваивания перемещением, неявно объявленный конструктор копий определяется как удаленный.

Неявно объявленный конструктор перемещения определяется как удаленный, если какие-либо члены, являющиеся типами классов, не имеют деструктора или если компилятор не может определить, какой конструктор будет использоваться для операции перемещения.

Дополнительные сведения о написании нетривиального конструктора перемещения см. в статье Конструкторы перемещения и операторы присваивания перемещением.

Явные конструкторы по умолчанию и удаленные конструкторы

Вы можете явно создавать конструкторы копий по умолчанию, конструкторы по умолчанию, конструкторы перемещения, операторы присваивания копированием, операторы присваивания перемещением и деструкторы. Вы можете явно удалить все специальные функции-члены.

class Box2
{
public:
    Box2() = delete;
    Box2(const Box2& other) = default;
    Box2& operator=(const Box2& other) = default;
    Box2(Box2&& other) = default;
    Box2& operator=(Box2&& other) = default;
    //...
};

Дополнительные сведения см. в статье Явно используемые по умолчанию и удаленные функции.

Конструкторы constexpr

Конструктор может быть объявлен как constexpr в следующих случаях:

  • он либо объявлен как стандартный, либо он удовлетворяет всем условиям для функций constexpr в целом;
  • у класса нет виртуальных базовых классов;
  • каждый из параметров является типом литерала;
  • Текст не является блоком пробной функции;
  • инициализированы все нестатические члены данных и подобъекты базового класса;
  • если класс является a) объединением с вариантами членов или б) имеет анонимные объединения, то инициализируется только одно из объединений;
  • каждый нестатический член данных типа класса, а все подобъекты базового класса имеют конструктор constexpr

Конструкторы списков инициализаторов

Если конструктор принимает std::initializer_list<T> его в качестве параметра, а другие параметры имеют аргументы по умолчанию, этот конструктор выбирается в разрешении перегрузки при создании экземпляра класса путем прямой инициализации. Можно использовать initializer_list для инициализации любого члена, способного его принять. Например, предположим, что у класса Box (показан ранее) есть член std::vector<string>m_contents. Можно предоставить конструктор следующим образом:

    Box(initializer_list<string> list, int w = 0, int h = 0, int l = 0)
        : m_contents(list), m_width(w), m_height(h), m_length(l)
{}

Затем создайте объекты Box следующим образом:

    Box b{ "apples", "oranges", "pears" }; // or ...
    Box b2(initializer_list<string> { "bread", "cheese", "wine" }, 2, 4, 6);

Явные конструкторы

Если у класса имеется конструктор с одним параметром, или у всех параметров, кроме одного, имеются значения по умолчанию, тип параметра можно неявно преобразовать в тип класса. Например, если у класса Box имеется конструктор, подобный следующему:

Box(int size): m_width(size), m_length(size), m_height(size){}

Можно инициализировать Box следующим образом:

Box b = 42;

Или передать целое значение функции, принимающей объект Box:

class ShippingOrder
{
public:
    ShippingOrder(Box b, double postage) : m_box(b), m_postage(postage){}

private:
    Box m_box;
    double m_postage;
}
//elsewhere...
    ShippingOrder so(42, 10.8);

В некоторых случаях подобные преобразования могут быть полезны, однако чаще всего они могут привести к незаметным, но серьезным ошибкам в вашем коде. В качестве общего правила следует использовать explicit ключевое слово конструктора (и определяемых пользователем операторов), чтобы предотвратить такое неявное преобразование типов:

explicit Box(int size): m_width(size), m_length(size), m_height(size){}

Когда конструктор является явным, эта строка вызывает ошибку компилятора: ShippingOrder so(42, 10.8);. Дополнительные сведения см. в разделе Заданные пользователем преобразования типов (C++).

Порядок строительства

Конструктор выполняет свою работу в следующем порядке.

  1. Вызывает конструкторы базовых классов и членов в порядке объявления.

  2. Если класс является производным от виртуальных базовых классов, конструктор инициализирует указатели виртуальных базовых классов объекта.

  3. Если класс имеет или наследует виртуальные функции, конструктор инициализирует указатели виртуальных функций объекта. Указатели виртуальных функций указывают на таблицу виртуальных функций класса, чтобы обеспечить правильную привязку вызовов виртуальных функций к коду.

  4. Выполняет весь код в теле функции.

В следующем примере показан порядок, в котором конструкторы базовых классов и членов вызываются в конструкторе для производного класса. Сначала вызывается базовый конструктор. Затем члены базового класса инициализированы в порядке, в котором они отображаются в объявлении класса. Наконец, вызывается производный конструктор.

#include <iostream>

using namespace std;

class Contained1 {
public:
    Contained1() { cout << "Contained1 ctor\n"; }
};

class Contained2 {
public:
    Contained2() { cout << "Contained2 ctor\n"; }
};

class Contained3 {
public:
    Contained3() { cout << "Contained3 ctor\n"; }
};

class BaseContainer {
public:
    BaseContainer() { cout << "BaseContainer ctor\n"; }
private:
    Contained1 c1;
    Contained2 c2;
};

class DerivedContainer : public BaseContainer {
public:
    DerivedContainer() : BaseContainer() { cout << "DerivedContainer ctor\n"; }
private:
    Contained3 c3;
};

int main() {
    DerivedContainer dc;
}

Появятся следующие выходные данные.

Contained1 ctor
Contained2 ctor
BaseContainer ctor
Contained3 ctor
DerivedContainer ctor

Конструктор производного класса всегда вызывает конструктор базового класса, чтобы перед выполнением любых дополнительных операций иметь в своем распоряжении полностью созданные базовые классы. Конструкторы базового класса вызываются в порядке наследования — например, если ClassA является производным от ClassB, который является производным от ClassC, сначала вызывается конструктор ClassC, затем конструктор ClassB и последним конструктор ClassA.

Если базовый класс не имеет конструктора по умолчанию, необходимо указать параметры конструктора базового класса в конструкторе производных классов:

class Box {
public:
    Box(int width, int length, int height){
       m_width = width;
       m_length = length;
       m_height = height;
    }

private:
    int m_width;
    int m_length;
    int m_height;
};

class StorageBox : public Box {
public:
    StorageBox(int width, int length, int height, const string label&) : Box(width, length, height){
        m_label = label;
    }
private:
    string m_label;
};

int main(){

    const string aLabel = "aLabel";
    StorageBox sb(1, 2, 3, aLabel);
}

Если конструктор создает исключение, то удаление выполняется в порядке, обратном созданию.

  1. Отменяется код в теле функции конструктора.

  2. Объекты базовых классов и объекты-члены удаляются в порядке, обратном объявлению.

  3. Если конструктор не делегируется, все полностью созданные объекты базового класса и члены уничтожаются. Однако, поскольку сам объект не полностью построен, деструктор не выполняется.

Производные конструкторы и расширенная инициализация агрегатов

Если конструктор базового класса не является открытым, но доступен для производного класса, то вы не можете использовать пустые фигурные скобки для инициализации объекта производного типа в /std:c++17 режиме, а затем в Visual Studio 2017 и более поздних версий.

В следующем примере показана соответствующая реакция на событие в C++14:

struct Derived;

struct Base {
    friend struct Derived;
private:
    Base() {}
};

struct Derived : Base {};

Derived d1; // OK. No aggregate init involved.
Derived d2 {}; // OK in C++14: Calls Derived::Derived()
               // which can call Base ctor.

В C++17 Derived теперь считается агрегатным типом. Это означает, что инициализация Base через закрытый конструктор по умолчанию происходит непосредственно как часть расширенного правила агрегатной инициализации. Ранее частный Base конструктор был вызван с помощью Derived конструктора, и он успешно выполнен из-за friend объявления.

В следующем примере показано поведение C++17 в Visual Studio 2017 и более поздних версиях в режиме /std:c++17 :

struct Derived;

struct Base {
    friend struct Derived;
private:
    Base() {}
};

struct Derived : Base {
    Derived() {} // add user-defined constructor
                 // to call with {} initialization
};

Derived d1; // OK. No aggregate init involved.

Derived d2 {}; // error C2248: 'Base::Base': can't access
               // private member declared in class 'Base'

Конструкторы классов с множественным наследованием

Если класс является производным от нескольких базовых классов, конструкторы базового класса вызываются в порядке, в котором они перечислены в объявлении производного класса:

#include <iostream>
using namespace std;

class BaseClass1 {
public:
    BaseClass1() { cout << "BaseClass1 ctor\n"; }
};
class BaseClass2 {
public:
    BaseClass2() { cout << "BaseClass2 ctor\n"; }
};
class BaseClass3 {
public:
    BaseClass3() { cout << "BaseClass3 ctor\n"; }
};
class DerivedClass : public BaseClass1,
                     public BaseClass2,
                     public BaseClass3
                     {
public:
    DerivedClass() { cout << "DerivedClass ctor\n"; }
};

int main() {
    DerivedClass dc;
}

Должны выводиться следующие выходные данные:

BaseClass1 ctor
BaseClass2 ctor
BaseClass3 ctor
DerivedClass ctor

Делегирующие конструкторы

Делегирующий конструктор вызывает другой конструктор в том же классе для выполнения некоторых операций инициализации. Эта функция полезна при наличии нескольких конструкторов, которые должны выполнять аналогичную работу. Можно написать основную логику в одном конструкторе и вызвать ее из других. В следующем упрощенном примере Box(int) делегирует свою работу Box(int,int,int):

class Box {
public:
    // Default constructor
    Box() {}

    // Initialize a Box with equal dimensions (i.e. a cube)
    Box(int i) :  Box(i, i, i)  // delegating constructor
    {}

    // Initialize a Box with custom dimensions
    Box(int width, int length, int height)
        : m_width(width), m_length(length), m_height(height)
    {}
    //... rest of class as before
};

Объект, созданный конструкторами, полностью инициализируется сразу после выполнения любого конструктора. Дополнительные сведения см. в статье Делегирующие конструкторы.

Наследование конструкторов (C++11)

Производный класс может наследовать конструкторы из прямого базового класса с помощью using объявления, как показано в следующем примере:

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    Base() { cout << "Base()" << endl; }
    Base(const Base& other) { cout << "Base(Base&)" << endl; }
    explicit Base(int i) : num(i) { cout << "Base(int)" << endl; }
    explicit Base(char c) : letter(c) { cout << "Base(char)" << endl; }

private:
    int num;
    char letter;
};

class Derived : Base
{
public:
    // Inherit all constructors from Base
    using Base::Base;

private:
    // Can't initialize newMember from Base constructors.
    int newMember{ 0 };
};

int main()
{
    cout << "Derived d1(5) calls: ";
    Derived d1(5);
    cout << "Derived d1('c') calls: ";
    Derived d2('c');
    cout << "Derived d3 = d2 calls: " ;
    Derived d3 = d2;
    cout << "Derived d4 calls: ";
    Derived d4;
}

/* Output:
Derived d1(5) calls: Base(int)
Derived d1('c') calls: Base(char)
Derived d3 = d2 calls: Base(Base&)
Derived d4 calls: Base()*/

Visual Studio 2017 и более поздних версий: оператор using в режиме и более поздних версиях преобразуется в /std:c++17 область все конструкторы базового класса, кроме тех, которые имеют идентичную сигнатуру конструкторам в производном классе. Как правило, рекомендуется использовать наследующие конструкторы, когда производный класс не объявляет новых элементов данных или конструкторов.

Шаблон класса может наследовать все конструкторы от аргумента типа, если этот тип определяет базовый класс:

template< typename T >
class Derived : T {
    using T::T;   // declare the constructors from T
    // ...
};

Производный класс не может наследовать от нескольких базовых классов, если эти базовые классы имеют конструкторы с идентичной подписью.

Конструкторы и составные классы

Классы, содержащие члены типа класса, называются составными классами. При создании члена типа класса составного класса конструктор вызывается перед собственным конструктором класса. Если у содержащегося класса нет конструктора по умолчанию, необходимо использовать список инициализации в конструкторе составного класса. В предыдущем примере StorageBox при присвоении типу переменной-члена m_label нового класса Label необходимо вызвать конструктор базового класса и инициализировать переменную m_label в конструкторе StorageBox:

class Label {
public:
    Label(const string& name, const string& address) { m_name = name; m_address = address; }
    string m_name;
    string m_address;
};

class StorageBox : public Box {
public:
    StorageBox(int width, int length, int height, Label label)
        : Box(width, length, height), m_label(label){}
private:
    Label m_label;
};

int main(){
// passing a named Label
    Label label1{ "some_name", "some_address" };
    StorageBox sb1(1, 2, 3, label1);

    // passing a temporary label
    StorageBox sb2(3, 4, 5, Label{ "another name", "another address" });

    // passing a temporary label as an initializer list
    StorageBox sb3(1, 2, 3, {"myname", "myaddress"});
}

В этом разделе

См. также

Классы и структуры