构造函数 (C++)
若要自定义类初始化其成员的方式，或是如要在创建类的对象时调用函数，请定义构造函数。 构造函数具有与类相同的名称，没有返回值。 可以定义所需数量的重载构造函数，以各种方式自定义初始化。 通常，构造函数具有公共可访问性，以便类定义或继承层次结构外部的代码可以创建类的对象。 但也可以将构造函数声明为 protected 或 private。
构造函数可以选择采用成员初始化表达式列表。 与在构造函数主体中赋值相比，初始化类成员是更高效的方式。 以下示例演示具有三个重载构造函数的类 Box。 最后两个构造函数使用成员初始化列表：
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 };
};
声明类的实例时，编译器会基于重载决策选择要调用的构造函数：
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)
}
- 构造函数可以声明为
inline、explicit、friend或constexpr。 - 构造函数可以初始化一个已声明为
const、volatile或const volatile的对象。 该对象在构造函数完成之后成为const。 - 若要在实现文件中定义构造函数，请为它提供限定名称，如同任何其他成员函数一样：
Box::Box(){...}。
成员初始化表达式列表
构造函数可以选择具有成员初始化表达式列表，该列表会在构造函数主体运行之前初始化类成员。 （成员初始化表达式列表与类型为 std::initializer_list<T> 的初始化表达式列表不同。）
首选成员初始化表达式列表，而不是在构造函数主体中赋值。 成员初始化表达式列表直接初始化成员。 以下示例演示了成员初始化表达式列表，该列表由冒号后的所有 identifier(argument) 表达式组成：
Box(int width, int length, int height)
: m_width(width), m_length(length), m_height(height)
{}
标识符必须引用类成员；它使用参数的值进行初始化。 参数可以是构造函数参数之一、函数调用或 std::initializer_list<T>。
const 成员和引用类型的成员必须在成员初始化表达式列表中进行初始化。
若要确保在派生构造函数运行之前完全初始化基类，请调用初始化表达式列表中的任何参数化基类构造函数。
默认构造函数
默认构造函数通常没有参数，但它们可以具有带默认值的参数。
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){}
...
}
默认构造函数是特殊成员函数之一。 如果类中未声明构造函数，则编译器提供隐式 inline 默认构造函数。
#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
}
如果你依赖于隐式默认构造函数，请确保在类定义中初始化成员，如前面的示例所示。 如果没有这些初始化表达式，成员会处于未初始化状态，Volume() 调用会生成垃圾值。 一般而言，即使不依赖于隐式默认构造函数，也最好以这种方式初始化成员。
可以通过将隐式默认构造函数定义为已删除来阻止编译器生成它：
// Default constructor
Box() = delete;
如果有任何类成员不是默认可构造，则编译器生成的默认构造函数会定义为已删除。 例如，类类型的所有成员及其类类型成员都必须具有可访问的默认构造函数和析构函数。 引用类型的所有数据成员和所有 const 成员都必须具有默认成员初始化表达式。
调用编译器生成的默认构造函数并尝试使用括号时，系统会发出警告：
class myclass{};
int main(){
myclass mc(); // warning C4930: prototyped function not called (was a variable definition intended?)
}
此语句是“最棘手的分析”问题的示例。 可以将 myclass md(); 解释为函数声明或是对默认构造函数的调用。 因为 C++ 分析程序更偏向于声明，因此表达式会被视为函数声明。 有关详细信息，请参阅最棘手的分析。
如果声明了任何非默认构造函数，编译器不会提供默认构造函数：
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
}
如果类没有默认构造函数，则无法通过单独使用方括号语法来构造该类的对象数组。 例如，在前面提到的代码块中，Box 数组无法进行如下声明：
Box boxes[3]; // C2512: no appropriate default constructor available
但是，你可以使用一组初始化表达式列表来初始化 Box 对象数组：
Box boxes[3]{ { 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6 }, { 7, 8, 9 } };
有关详细信息，请参阅初始化表达式。
复制构造函数
复制构造函数通过从相同类型的对象复制成员值来初始化对象。 如果类成员都是简单类型（如标量值），则编译器生成的复制构造函数已够用，你无需定义自己的函数。 如果类需要更复杂的初始化，则需要实现自定义复制构造函数。 例如，如果类成员是指针，则需要定义复制构造函数以分配新内存，并从其他指针指向的对象复制值。 编译器生成的复制构造函数只是复制指针，以便新指针仍指向其他指针的内存位置。
复制构造函数可能具有以下签名之一：
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");
定义复制构造函数时，还应定义复制赋值运算符 (=)。 有关详细信息，请参阅赋值以及复制构造函数和复制赋值运算符。
可以通过将复制构造函数定义为已删除来阻止复制对象：
Box (const Box& other) = delete;
尝试复制对象会产生错误“C2280: 尝试引用已删除的函数”。
移动构造函数
移动构造函数是特殊成员函数，它将现有对象数据的所有权移交给新变量，而不复制原始数据。 它采用 rvalue 引用作为其第一个参数，以后的任何参数都必须具有默认值。 移动构造函数在传递大型对象时可以显著提高程序的效率。
Box(Box&& other);
当对象由相同类型的另一个对象初始化时，如果另一对象即将被毁且不再需要其资源，则编译器会选择移动构造函数。 以下示例演示了一种由重载决策选择移动构造函数的情况。 在调用 get_Box() 的构造函数中，返回值是 xvalue（过期值）。 它未分配给任何变量，因此即将超出范围。 为了为此示例提供动力，我们为 Box 提供表示其内容的大型字符串向量。 移动构造函数不会复制该向量及其字符串，而是从过期值“box”中“窃取”它，以便该向量现在属于新对象。 只需调用 std::move 即可，因为 vector 和 string 类都实现自己的移动构造函数。
#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;
}
如果类未定义移动构造函数，则在没有用户声明的复制构造函数、复制赋值运算符、移动赋值运算符或析构函数时，编译器会生成隐式构造函数。 如果未定义显式或隐式移动构造函数，则原本使用移动构造函数的操作会改用复制构造函数。 如果类声明了移动构造函数或移动赋值运算符，则隐式声明的复制构造函数会定义为已删除。
如果作为类类型的任何成员缺少析构函数或是如果编译器无法确定要用于移动操作的构造函数，则隐式声明的移动构造函数会定义为已删除。
有关如何编写不常用的移动构造函数的详细信息，请参阅移动构造函数和移动赋值运算符 (C++)。
显式默认构造函数和已删除构造函数
你可以显式设置默认复制构造函数、设置默认构造函数、移动构造函数、复制赋值运算符、移动赋值运算符和析构函数。 你可以显式删除所有特殊成员函数。
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;
//...
};
有关详细信息，请参阅显式默认设置的函数和已删除的函数。
constexpr 构造函数
构造函数在以下情况下可能会声明为 constexpr
- 声明为默认，或是在一般情况下满足 constexpr 函数 的所有条件；
- 类没有虚拟基类；
- 每个参数都是文本类型；
- 主体不是函数 try 块；
- 所有非静态数据成员和基类子对象都会进行初始化；
- 如果类是 (a) 具有变体成员的联合，或是 (b) 具有匿名联合，则只有一个联合成员会进行初始化；
- 类类型的每个非静态数据成员以及所有基类子对象都具有 constexpr 构造函数
初始化表达式列表构造函数
如果某个构造函数采用 std::initializer_list<T> 作为其参数，并且任何其他参数都具有默认自变量，则当类通过直接初始化来实例化时，会在重载决策中选择该构造函数。 可以使用 initializer_list 初始化可接受它的任何成员。 例如，假设前面演示的 Box 类具有 std::vector<string> 成员 m_contents。 可以提供如下所示的构造函数：
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)
{}
随后创建如下所示的 Box 对象：
Box b{ "apples", "oranges", "pears" }; // or ...
Box b2(initializer_list<string> { "bread", "cheese", "wine" }, 2, 4, 6);
显式构造函数
如果类具有带一个参数的构造函数，或是如果除了一个参数之外的所有参数都具有默认值，则参数类型可以隐式转换为类类型。 例如，如果 Box 类具有一个类似于下面这样的构造函数：
Box(int size): m_width(size), m_length(size), m_height(size){}
可以初始化 Box，如下所示：
Box b = 42;
或将一个 int 传递给采用 Box 的函数：
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);
这类转换可能在某些情况下很有用，但更常见的是，它们可能会导致代码中发生细微但严重的错误。 作为一般规则，应对构造函数（和用户定义的运算符）使用 explicit 关键字以防止出现这种隐式类型转换：
explicit Box(int size): m_width(size), m_length(size), m_height(size){}
构造函数是显式函数时，此行会导致编译器错误：ShippingOrder so(42, 10.8);。 有关详细信息，请参阅用户定义的类型转换。
构造函数顺序
构造函数按此顺序执行工作：
按声明顺序调用基类和成员构造函数。
如果类派生自虚拟基类，则会将对象的虚拟基指针初始化。
如果类具有或继承了虚函数，则会将对象的虚函数指针初始化。 虚函数指针指向类中的虚函数表，确保虚函数正确地调用绑定代码。
它执行自己函数体中的所有代码。
下面的示例显示，在派生类的构造函数中，基类和成员构造函数的调用顺序。 首先，调用基构造函数。 然后，按照在类声明中出现的顺序初始化基类成员。 最后，调用派生构造函数。
#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;
}
输出如下：
Contained1 ctor
Contained2 ctor
BaseContainer ctor
Contained3 ctor
DerivedContainer ctor
派生类构造函数始终调用基类构造函数，因此，在完成任何额外任务之前，它可以依赖于完全构造的基类。 基类构造函数按派生顺序进行调用 — 例如，如果 ClassA 派生自 ClassB，而后者派生自 ClassC，那么首先调用 ClassC 构造函数，然后调用 ClassB 构造函数，最后调用 ClassA 构造函数。
如果基类没有默认构造函数，则必须在派生类构造函数中提供基类构造函数参数：
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);
}
如果构造函数引发异常，析构的顺序与构造的顺序相反：
构造函数主体中的代码将展开。
基类和成员对象将被销毁，顺序与声明顺序相反。
如果是非委托构造函数，所有完全构造的基类对象和成员均会销毁。 但是，对象本身不是完全构造的，因此析构函数不会运行。
派生构造函数和扩展聚合初始化
如果基类的构造函数是非公共的，但可由派生类进行访问，那么在 /std:c++17 模式及更高版本模式下的 Visual Studio 2017 及更高版本中，无法使用空括号来初始化派生类型的对象。
以下示例演示 C++14 一致行为：
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.
在 C++17，Derived 现被视作聚合类型。 这意味着 Base 通过私有默认构造函数进行的初始化将作为扩展的聚合初始化规则的一部分而直接发生。 以前，Base 私有构造函数通过 Derived 构造函数调用，它之所以能够成功是因为 friend 声明。
以下示例展示了在 /std:c++17 模式下的 Visual Studio 2017 及更高版本中的 C++17 行为：
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'
具有多重继承的类的构造函数
如果类从多个基类派生，那么将按照派生类声明中列出的顺序调用基类构造函数：
#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;
}
你应看到以下输出：
BaseClass1 ctor
BaseClass2 ctor
BaseClass3 ctor
DerivedClass ctor
委托构造函数
委托构造函数调用同一类中的其他构造函数，以完成部分初始化工作。 在具有多个全都必须执行类似工作的构造函数时，此功能非常有用。 可以在一个构造函数中编写主逻辑，并从其他构造函数调用它。 在以下简单示例中，Box(int) 将其工作委托给 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
};
所有构造函数完成后，完全初始化的构造函数将立即创建对象。 有关详细信息，请参阅委托构造函数。
继承构造函数 (C++11)
派生类可以使用 using 声明从直接基类继承构造函数，如下面的示例所示：
#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 及更高版本：/std:c++17 模式及更高版本模式下的 using 语句可将来自基类的所有构造函数引入范围（除了签名与派生类中的构造函数相同的构造函数）。 一般而言，当派生类未声明新数据成员或构造函数时，最好使用继承构造函数。
如果类型指定基类，则类模板可以从类型参数继承所有构造函数：
template< typename T >
class Derived : T {
using T::T; // declare the constructors from T
// ...
};
如果基类的构造函数具有相同签名，则派生类无法从多个基类继承。
构造函数和复合类
包含类类型成员的类称为“复合类”。 创建复合类的类类型成员时，调用类自己的构造函数之前，先调用构造函数。 当包含的类没有默认构造函数是，必须使用复合类构造函数中的初始化列表。 在之前的 StorageBox 示例中，如果将 m_label 成员变量的类型更改为新的 Label 类，则必须调用基类构造函数，并且将 m_label 变量（位于 StorageBox 构造函数中）初始化：
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"});
}
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