C++中的explicit關鍵字詳解
前言
最近在閱讀android底層源碼的時候，發現其中好多代碼使用瞭explicit關鍵字，因此這裡對explicit關鍵字進行瞭分析和介紹。
1. 抑制構造函數定義的隱式轉換
在要求隱式轉換的程序上下文中，我們可以通過將構造函數聲明為explicit加以組織：
class Sales_data {
public:
Sales_data() = default;
Sales_data(const std::string &s, unsigned n, double p): bookNo(s), units_sold(n), revenue(p*n) {}
explicit Sales_data(const std::string &s): bookNo(s) {}
explicit Sales_data(std::istream&);
Sales_data& combine(const Sales_data &rhs) {
units_sold += rhs.units_sold;
revenue += rhs.revenue;;
return *this;
}
private:
double avg_price() const {return units_sold ? revenue / units_sold : 0; }
string bookNo;
unsigned units_sold = 0;
double revenue = 0.0;
};
此時，沒有任何構造函數能用於隱式地創建Sales_data對象：下面的兩種用法都無法通過編譯：
Sales_data item; // right, 調用默認構造函數
Sales_data item2("book"); // right, 調用explicit Sales_data(const std::string &s): bookNo(s) {}
item.combine(null_book); // error: string構造函數式explicit的
item.combine(cin); // error: istream構造函數式explicit的
關鍵字 explicit 隻對一個實參的構造函數有效。需要多個實參的構造函數不能用於執行隱式轉換，所以無須將這些構造函數指定為 explicit 的。隻能在類內聲明構造函數時使用 explicit 關鍵字，在類外部定義時不應重復：
// error: explicit 關鍵字隻允許出現在類內的構造函數聲明處
explicit Sales_data::Sales_data(istream& is) {
read(is, *this);
}
- note1: explicit 構造函數隻能用於直接初始化。
- note2: 當使用explicit 關鍵字聲明構造函數時，它將隻能以直接初始化的形式使用。而且，編譯器將不會在自動轉換過程中使用該構造函數。
發生隱式轉換的一種情況時當我們執行拷貝的初始化時（使用 = ）。此時，我們隻能使用直接初始化而不能使用explicit構造函數：
Sales_data null_book("book", 1, 10.0); // right
Sales_data item1(null_book); // right，直接初始化
Sales_data item2 = null_book; // error, 不能將explicit 構造函數用於拷貝形式的初始化過程
2. 為轉換顯式地使用構造函數
盡管編譯器不會將 explicit 的構造函數用於隱式轉換過程，但是我們可以使用這樣的構造函數顯式地強制進行轉換：
Sales_data null_book("book", 1, 10.0); // right
// right: 直接初始化
item.combine(Sales_data(null_book));
// right: static_cast可以使用explicit的構造函數
item.combine(static_cast<Sales_data>(cin));
在第一個調用中，我們直接使用Sales_data的構造函數，該調用通過接受string構造函數創建瞭一個臨時的 Sales_data 對象。在第二個調用中，我們使用 static_cast 執行瞭顯式的而非隱式的轉換。其中 static_cast 使用 istram 的構造函數創建瞭一個臨時的Sales_data對象。
3. 類型轉換運算符可能產生意外結果
《C++ prime》第五版，14.9.1中關於類型轉換的介紹：
在實踐中，類很少提供類型轉換運算符。在大多數情況下，如果類型轉換自動發生，用戶可能會感覺比較意外，而不是感覺受到瞭幫助。然而這條經驗法則存在一種例外情況：對於類來說，定義向bool的類型轉換還是比較普遍的現象。
在C++標準的早期版本中，如果類想定義一個向bool的類型轉換，則它常常遇到一個問題：因為bool是一種算術類型，所以類類型的對象轉換成bool後就能被用在任何需要算數類型的上下文中。這樣的類型轉換可能引發意想不到的結果，特別是當istream含有向bool的類型轉換時，下面的代碼仍將通過編譯：
int i = 42; cin << i; // 如果向bool的類型轉換不是顯式的，則該代碼在編譯器看來將是合法的！ // 這個程序隻有在輸入數字的時候，i會默認為整數，輸入字符串則會為0
這段程序視圖將輸出運算符用作輸入流。因為istream本身並沒有定義<<，所以本來代碼應該產生錯誤。然而，該代碼能使用istream的bool類型轉換運算符將cin轉換成bool，而這個bool值接著會被提升成int並用作內置的左移運算符的左側運算對象。這樣一來，提升後的bool值（1或0）最終會被左移42個位置。這一結果顯示與我們的預期大相徑庭。
4. 顯示的類型轉換運算符
為瞭防止這樣的異常情況發生，C++11新標準引入瞭顯式的類型轉換運算符（explicit conversion operator）：
class SmallInt {
public:
// 編譯器不會自動執行這一類型轉換
explicit operator int() const {return val;}
// 其他成員與之前的版本一致
};
和顯示的構造函數一樣，編譯器（通常）也不會將一個顯式的類型轉換運算符用於隱式類型轉換：
SmallInt si = 3; // 正確：SmallInt的構造函數不是顯式的 si + 3; // 錯誤：此處需要隱式的類型轉換，但類的運算符是顯式的 static_cast<int>(si) + 3; // 正確：顯示地請求類型轉換。這裡的static_cast<int>可以進行強制類型轉換
當類型轉換運算符是顯式的時，我們也能執行類型轉換，不過必須通過顯式的強制類型轉換才可以。
該規定存在一個例外，即如果表達式被用作條件，則編譯器會將顯式的類型轉換自動應用於它。換句話說，當表達式出現在下列位置時，顯式的類型轉換將被隱式地執行：
- if、while及do語句的條件部分
- for 語句頭的條件表達式
- 邏輯非（！）、邏輯或（||）、邏輯與（&&）的運算對象
- 條件運算符（？ : ）的條件表達式
5. explicit練習
5.1 當不使用explict關鍵字時
// explicit關鍵字的作用就是防止類構造函數的隱式自動轉換
// 並且explicit關鍵字隻對有一個參數的類構造函數有效，如果類構造函數參數大於
// 或等於兩個時，是不會產生隱式轉換的，所有explicit關鍵字也就無效瞭。
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
class CxString // 這裡沒有使用explicit關鍵字的類聲明，即默認為隱式聲明
{
public:
char *_pstr;
int _size;
CxString(int size) {
cout << "CxString(int size), size = " << size << endl;
_size = size; // string的預設大小
_pstr = (char*)malloc(size + 1);
memset(_pstr, 0, size + 1);
}
CxString(const char *p) {
int size = strlen(p);
_pstr = (char*)malloc(size + 1); // 分配string的內存
strcpy(_pstr, p);
_size = strlen(_pstr);
cout << "CxString(const char *p), strlen(p) = " << size << endl;
}
~CxString() {
if (_pstr != nullptr) {
delete(_pstr);
_pstr = nullptr;
}
}
};
int main() {
CxString string1(24); // right, 為CxString預分配24字節的大小的內存
CxString string2 = 10; // right, 為CxString預分配10字節的大小的內存
CxString string3; // error, 因為沒有默認構造函數, 錯誤為: “CxString”: 沒有合適的默認構造函數可用
CxString string4("aaaa"); // right
CxString string5 = "bbb"; // right, 調用的是CxString(const char *p)
CxString string6 = 'c'; // right, 其實調用的是CxString(int size), 且size等於'c'的ascii碼
string1 = 2; // right, 為CxString預分配2字節的大小的內存
string2 = 3; // right, 為CxString預分配3字節的大小的內存
CxString string3 = string1; // right, 至少編譯是沒問題的, 但是如果析構函數裡用free釋放_pstr內存指針的時候可能會報錯, 完整的代碼必須重載運算符"=", 並在其中處理內存釋放
return 0;
}
上面的代碼中, “CxString string2 = 10;” 這句為什麼是可以的呢? 在C++中, 如果的構造函數隻有一個參數時, 那麼在編譯的時候就會有一個缺省的轉換操作:將該構造函數對應數據類型的數據轉換為該類對象. 也就是說 “CxString string2 = 10;” 這段代碼, 編譯器自動將整型轉換為CxString類對象, 實際上等同於下面的操作:
CxString string2(10); 或 CxString temp(10); CxString string2 = temp;
但是, 上面的代碼中的_size代表的是字符串內存分配的大小, 那麼調用的第二句 “CxString string2 = 10;” 和第六句 “CxString string6 = ‘c’;” 就顯得不倫不類, 而且容易讓人疑惑. 有什麼辦法阻止這種用法呢? 答案就是使用explicit關鍵字. 我們把上面的代碼修改一下, 如5.2小節。
5.2 使用explict關鍵字時
// explicit關鍵字的作用就是防止類構造函數的隱式自動轉換
// 並且explicit關鍵字隻對有一個參數的類構造函數有效，如果類構造函數參數大於
// 或等於兩個時，是不會產生隱式轉換的，所有explicit關鍵字也就無效瞭。
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
class CxString // 這裡沒有使用explicit關鍵字的類聲明，即默認為隱式聲明
{
public:
char *_pstr;
int _size;
int _age;
explicit CxString(int size) {
cout << "CxString(int size), size = " << size << endl;
_size = size; // string的預設大小
_pstr = (char*)malloc(size + 1);
memset(_pstr, 0, size + 1);
}
CxString(const char *p) {
int size = strlen(p);
_pstr = (char*)malloc(size + 1); // 分配string的內存
strcpy(_pstr, p);
_size = strlen(_pstr);
cout << "CxString(const char *p), strlen(p) = " << size << endl;
}
// 上面也已經說過瞭, explicit關鍵字隻對有一個參數的類構造函數有效。
// 如果類構造函數參數大於或等於兩個時, 是不會產生隱式轉換的, 所以explicit關鍵字也就無效瞭.
explicit CxString(int age, int size) {
_age = age;
_size = size;
}
~CxString() {
if (_pstr != nullptr) {
delete(_pstr);
_pstr = nullptr;
}
}
};
int main() {
CxString string1(24); // right, 為CxString預分配24字節的大小的內存
CxString string2 = 10; // error, 因為取消瞭隱式轉換
CxString string3; // error, 因為沒有默認構造函數, 錯誤為: “CxString”: 沒有合適的默認構造函數可用
CxString string4("aaaa"); // right
CxString string5 = "bbb"; // right, 調用的是CxString(const char *p)
CxString string6 = 'c'; // error, 其實調用的是CxString(int size), 且size等於'c'的ascii碼, 因為取消瞭隱式轉換
string1 = 2; // error, 因為取消瞭隱式轉換
string2 = 3; // error, 因為取消瞭隱式轉換
CxString string3 = string1; // right, 至少編譯是沒問題的, 但是如果析構函數裡用free釋放_pstr內存指針的時候可能會報錯, 完整的代碼必須重載運算符"=", 並在其中處理內存釋放
return 0;
}
5.3 explicit 標識的構造函數中存在一個默認值
但是, 也有一個例外, 就是當除瞭第一個參數以外的其他參數都有默認值的時候, explicit關鍵字依然有效, 此時, 當調用構造函數時隻傳入一個參數, 等效於隻有一個參數的類構造函數,
例子如下:
class CxString // 使用關鍵字explicit聲明
{
public:
int _age;
int _size;
// 此時該構造函數等效於隻有一個參數的類構造函數，explicit可以生效
explicit CxString(int age, int size = 0)
{
_age = age;
_size = size;
// 代碼同上, 省略...
}
CxString(const char *p)
{
// 代碼同上, 省略...
}
};
// 下面是調用:
CxString string1(24); // right
CxString string2 = 10; // error, 因為explicit關鍵字取消瞭隱式轉換
CxString string3; // error, 因為沒有默認構造函數
string1 = 2; // error, 因為取消瞭隱式轉換
string2 = 3; // error, 因為取消瞭隱式轉換
string3 = string1; // error, 因為取消瞭隱式轉換, 除非類實現操作符"="的重載
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