C++ 构造函数详解

C++ 构造函数详解

注意，本文以C++11为背景。
参考来源：《C++ primer 第五版》

    以前一直对C++类的构造函数工作一知半解，最近重新温习《C++ primer》，才详细理解了类的构造函数的工作，特意写个博客记录一下。

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没有显式定义构造函数的情况

    相信稍微了解过C++的同学，都知道C++类有一个特殊的成员函数，也是必须的成员函数，那就是构造函数。

    构造函数，负责初始化类对象的数据成员。但是一直有个误区，就是大家一直认为，构造函数体内的语句也负责着对象的初始化工作。其实不然，构造函数分为两个部分：

• 初始化部分：其实就是构造函数的初始化列表部分，关于初始化列表的简单介绍将在下文进行。
• 普通计算部分：其实构造函数体内的语句就处于这个部分，比方说a有一个初值2，现在将它的值改变为3，而这个“改变它的值为3”的步骤就是构造函数体所要做的工作。

    所以严格意义上来讲，构造函数体并不属于对象的初始化。但是，普遍程度上，我们认为这两部分都属于对象的初始化。

    还记得我刚才说到构造函数是必须的么？你们可能会反驳，为什么如以下的类，却能成功编译。

class Rect{
    int width;
    int height;
public:
    int getArea(){
        return width * height;
    }
};

    的确如以上的类可以被正确编译，并且它的确没有显式定义构造函数。但是，请注意我在这里用了显式，结合我刚才说构造函数是必须的，那么只有一种情况：这里隐式地产生了构造函数。

    那么这个构造函数是谁产生的呢？既然我们没有主动去构造，那么只有编译器了。实际上，就是编译器产生的这个构造函数。并且由编译器产生的构造函数有一个很规范的名字：合成的默认构造函数 。

• 默认构造函数：就是没有参数的构造函数。默认构造函数在什么时候被调用呢？就是如Rect c;这种情况就会调用默认构造函数，当然还有一种情况等会再提。

• 合成：合成特指这个默认构造函数是由编译器创建的。

    那么这个默认构造函数到底是如何工作的呢？它将会按照以下规则初始化类的数据成员。

• 如果存在类内的初始值，用它来初始化成员。

• 否则，默认初始化该成员。

    别急，让我们来慢慢分析下这个规则：

class Rect{
    int width = 0;
    int height;
public:
    int getArea(){
        return width * height;
    }
};

    如果这个Rect类现在变成了这个样子，那么当执行Rect c时，c的数据成员是怎么样的呢？

• c.width将会等于0，为什么呢？因为合成的默认构造函数发现了width有类内初始值0，所以就将它赋值为0。

• c.height的值呢，显然它没有类内初始值，所以合成的默认构造函数就默认初始化它。至于它的值到底是多少？我们要记住这样两条规则。

  • 如果数据成员是内置类型或者是复合类型（比如数组和指针），那么它们默认初始化的值是未定义的。

  • 如果数据成员是类类型，那么将会自动调用该数据成员所属的类的默认构造函数进行初始化，这也是上文提到的另一种调用默认构造函数的情况。

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显式定义了构造函数的情况

    我们再把上面的代码改动一下

class Rect{
    int width = 0;
    int height = 0;
public:
    int getArea(){
        return width * height;
    }
    Rect(int _width, int _height){
        width = _width;
        height = _height;
    }
};

    可以看到在这里我们定义了一个带参的构造函数。很容易理解，当执行Rect c(10,9);时，c.width=10,c.height=9。但是当执行Rect c时，会怎么样呢？没错，编译器会报错！你可能会说，不是有合成的默认构造函数么？对，编译器的确会创建合成的默认构造函数，但是那有一个前提，就是我们没有定义任何形式的构造函数。在以上代码中，定义了一个构造函数，所以编译器不会再帮我们创建合成的默认构造函数了。所以，我们最好再给类添加一个默认构造函数,如下：

class Rect{
    int width = 0;
    int height = 0;
public:
    int getArea(){
        return width * height;
    }
    Rect() = default;
    Rect(int _width, int _height){
        width = _width;
        height = _height;
    }
};

    这里的Rect() = default；表示要求编译器生成默认构造函数，当然你也可以自己写一个默认构造函数。
    那么我们再来变一下代码。

class Rect{
    int width = 0;
    int height = 0;
public:
    int getArea(){
        return width * height;
    }
    Rect() = default;
    Rect(int _width)： width( _width) {}
};

    Rect(int _width)： width( _width) {}这句代码采用了初始列表的写法，其实就是相当于width = _width;并且初始列表的执行在函数体之前，另外初始列表也有其他一些规则，但是在这里我们不详谈。我们要关注的是当执行Rect c(10);时c.height的值,c.width的值是明确的，就是10,那么c.height呢？因为Rect的构造函数只有对c.width的初始化，所以就以与合成的默认构造函数相同的方式隐式初始化，也就是先检查有没有类内初始值，没有的话就默认初始化。因为c.height有类内初始值0，所以c.height被初始化为0。

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继承关系中构造函数的执行顺序

    其实在子类继承父类这种情况下，构造函数的执行顺序其实是很简单的，只要牢记大方向是先祖先后自己。并且这个自己分为两个部分：先初始化列表部分，再是构造函数体部分。

• 父类没有任何构造函数：
  父类由编译器创建合成的默认构造函数，子类对象创建时，先调用这个合成的父类默认构造函数，再调用子类的构造函数。

• 父类有默认构造函数：
  子类对象创建时，先调用这个默认构造函数，再调用子类的构造函数。

• 父类有有参构造函数，没有默认构造函数：
  子类对象创建时，必须要显式调用父类有参构造函数（即写入到子类构造函数的初始化列表中），再调用自身的构造函数。

• 父类有有参构造函数，也有默认构造函数：
  有两种情况：

  • 创建子类对象时，子类显式调用了父类的有参构造函数，再调用自身的构造函数。
  • 创建子类对象时，子类没有显式调用父类的有参构造函数，那么就会先执行父类的默认构造函数，再执行子类的构造函数。
• 子类继承多个父类
  在子类的继承列表中，按照继承顺序，对于每一个继承的父类，使用如上规则选择调用合适的构造方法，然后再进行子类自身的初始化工作。

    我们已经了解了继承中的构造函数执行情况。那么让我们做一个小小的测试。

class A{
public:
    A(){ cout << "construct A" << endl; }
    A(int b){ a = b; cout << "construct A with param" << endl; }
    int a;
};

class C :public A{
public:
    C(): A(2){ cout << "construct C" << endl; }
};

class B:public A{
public:
    B(){ cout << "construct B" << endl;}
    C c;
};

int main()
{
    B b;
    return 0;
}

    请问最后的显示结果是什么？答案是：

construct A
coustruct A with param
construct C
construct B

    为什么呢？我们一起来分析一下这个过程：

1. 因为B是A的子类，并且B的构造函数并未显式调用父类A的构造函数，所以调用A的默认构造函数，所以打印construct A。

2. 此时开始执行B自身的构造函数，先进行初始化部分，由于B的初始化部分没有显式初始化其数据成员c，所以默认初始化c，即调用C的默认构造函数。

3. 由于C也是A的子类，并且C的构造函数显式调用了A的有参构造函数，所以打印construct A with param，然后执行C自身的构造函数，即打印construct C。

4. 最后执行B自身的构造函数体部分，即打印construct B。