C++11中列表初始化機制的概念與實例詳解

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概述

定義：列表初始化是C++11引入的新標準，目的是統一初始化方式

C++11以前隻能使用列表初始化來初始化內置類型數組和POD類型對象，C++11中列表初始化可以用於初始化任何類型對象

  • POD（plain old data）類型：僅由內置類型變量構成且不含指針的類，簡單來說是可以直接使用memcpy復制的對象
  • 聚合體（aggregate）：聚合體一定是POD類型
    • 無自定義構造函數
    • 無私有或保護的非靜態數據成員（靜態成員與單獨對象無關，故不影響初始化）
    • 無基類
    • 無虛函數
    • 無類內已經初始化的非靜態數據成員

註意：區分列表初始化和初始化列表

        列表初始化：用{}進行初始化的方式

        初始化列表：構造函數體前對對象成員直接進行初始化的列表

        initializer_list：一種用於未定參數的輕量STL容器

實現機制詳解

對內置類型對象、POD對象和類對象的列表初始化實現細節是不同的

POD類型的列表初始化

  • 此處POD類型包括：內置類型、聚合體類
  • 內置類型數組按照順序初始化
    • C++11標準中列表初始化會防止可能導致潛在信息丟失的類型縮小（即不能像賦值一樣將大類型如int隱式轉換成小類型如char）
  • 聚合體類按照成員定義順序依次初始化

含有構造函數的類的列表初始化（C++11）

  • 通過{}進行初始化和()結果一致【即通過()調用構造函數的地方都可以完全等價地用{}代替】，都是直接用括號內的值調用對應構造函數直接初始化對象，並不會先生成臨時對象再拷貝
  • ={}與{}是等價的語法【即加不加=對初始化行為沒有影響】，均不會調用拷貝運算符或拷貝構造函數
  • 與內置類型的列表初始化一致，C++11的列表初始化隻能用於初始化，不能用於已初始化對象的賦值
  • 實際機制猜想：傳遞的實際參數為initializer_list類型，通過匹配重載函數實現調用【我不知道怎麼驗證這個過程，求大佬解答】

列表初始化用於函數返回值

  • 在返回值類型為對象（不能是對象的引用）的函數中可以返回{}的列表初始化
  • {}返回值的實際類型為initiallizer list（但不能聲明為std::initializer_list），相當於返回構造函數的表達式，因此類型不能是對象的引用

引入std::initializer_list

  • initializer_list為一個輕量級STL模板，聲明在頭文件<initializer_list>中，定義在命名空間std中
  • 任意的STL容器都與未指定長度的數組有一樣的初始化能力，可以填入任何數量的同類型數據，因此可以用STL容器輕易對固定類型的類進行賦值
  • initializer_list是一個輕量級的模板，可以接受任意長度的同類型的數據也就是接受可變長參數，同時作為STL容器它具有STL容器的共同特征（如迭代器）
    • 隻有三個成員接口：begin() end() size()
    • 隻能被整體的初始化和賦值，迭代器遍歷的數據僅可讀，不能對單個數據進行修改
  • 所有{}對象都是隱式創建的std::initializer_list類型字面量（右值），廣泛用於實現列表初始化（不需要頭文件）

代碼驗證

class testClass
{
private:
	int a;
	int b;
public:
	testClass() :a(0), b(0) {
		cout << "default init\n";
	}
	testClass(int a) :a(a), b(a) {
		cout << "sing-val init\n";
	}
	testClass(int a, int b) :a(a), b(b) {
		cout << "val init\n";
	}
	testClass(testClass& temp) :a(temp.a), b(temp.b) {
		cout << "copy init\n";
	}
	testClass& operator=(testClass& temp) {
		//testClass& newobj = *this;
		a = temp.a;
		b = temp.b;
		cout << "copy assign\n";
		return *this;
	}
	testClass& operator=(int x) {
		a = x;
		b = x;
		cout << "int-convert assign\n";
		//testClass& newobj = *this;
		return *this;
	}
	testClass& operator++() {
		a++;
		b++;
	}
	void printVal(ostream& os) {
		os << "a=" << a << "\n";
		os << "b=" << b << "\n";
	}
};
using tc = testClass;
tc& makeObj(int x, int y)
{
	return { x,y };
}
int main()
{
	tc a(1, 1); //val init
	tc b{ 1,1 }; //val init
	tc c = { 1,1 }; //val init
	tc d = tc{ 1,1 }; //val init
	cout << endl;
	tc* e = new tc[2]; //default init *2
	cout << endl;
	tc* f = new tc[3]{ {1,1},{2,2},{3,3} }; //val init *3
	cout << endl;
	tc* g = new tc[5]{ {1,1},{1} }; // val init + sing-val init + default init *3
	cout << endl;
	cout << "testing return val of init_list\n";
	tc h = makeObj(2, 2); //val init
	tc i = h; //copy init
	i = d; //copy assign
	i.printVal(cout);
	return 0;
}

以下為運行截圖

列表初始化測試

添加initializer_list為參數的構造函數後

testClass::testClass(initializer_list<int> list) :a(0), b(0)
{
	int ab = 1;
	for (auto it = list.begin(); it != list.end(); it++)
	{
		if (ab)
			a += *it;
		else
			b += *it;
	}
	cout << "init_list init\n";
}
 
int main()
{
	tc a(1, 1); //val init
	tc b{ 1,1 }; //val init
	tc c = { 1,1 }; //val init
	tc d = tc{ 1,1 }; //val init
	cout << endl;
	tc* e = new tc[2]; //default init *2
	cout << endl;
	tc* f = new tc[3]{ {1,1},{2,2},{3,3} }; //val init *3
	cout << endl;
	tc* g = new tc[5]{ {1,1},{1} }; // val init + sing-val init + default init *3
	cout << endl;
	cout << "testing return val of init_list\n";
	tc h = makeObj(2, 2); //val init
	tc i = h; //copy init
	i = d; //copy assign
	i.printVal(cout);
	cout << endl;
	cout << "testing argument init_list\n";
	tc j = { 1,2,3,4,5,6 };
	tc k = { 9 };
	return 0;
}

以下為運行截圖


添加init_list後測試截圖

由此可見所有列表初始化都調用瞭含有initializer_list為參數的構造函數，證實瞭列表初始化是基於隱式轉換並以initializer_list為底層實現的構想

應用

  • 在聲明時直接初始化堆上分配的對象（數組）
    • 類：可以顯式指定使用的構造函數（默認會執行無參數的構造函數）
    • 內置類型：可以在分配時直接指定值
  • 在函數返回對象時避免自動存儲期對象銷毀的問題
  • 手動調用std::initializer_list實現可變參數初始化

列表初始化防止類型收窄

C++11的列表初始化還有一個額外的功能就是可以防止類型收窄，也就是C++98/03中的隱式類型轉換，將范圍大的轉換為范圍小的表示，在C++98/03中類型收窄並不會編譯出錯，而在C++11中，使用列表初始化的類型收窄編譯將會報錯： 

int a = 1.1; //OK
int b{ 1.1 }; //error
 
float f1 = 1e40; //OK
float f2{ 1e40 }; //error
 
const int x = 1024, y = 1;
char c = x; //OK
char d{ x };//error
char e = y;//error
char f{ y };//error

總結

列表初始化通過C++11引入的initializer_list容器實現瞭初始化方式的統一，可以看作一種語法糖

初始化類對象時，通過()調用構造函數的地方都可以完全等價地用{}代替

={}不會生成臨時對象再拷貝初始化

到此這篇關於C++11中列表初始化機制的文章就介紹到這瞭,更多相關C++11列表初始化機制內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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