【C++ 学习 ㉘】- 详解 C++11 的列表初始化

目录

一、C++11 简介

二、列表初始化

2.1 - 统一初始化

2.2 - 列表初始化的使用细节

2.2.1 - 聚合类型的定义

2.2.2 - 注意事项

2.3 - initializer_list

2.3.1 - 基本使用

2.3.2 - 源码剖析


 


一、C++11 简介

  1. 1998 年,C++ 标准委员会发布了第一版 C++ 标准,即 C++98 标准,并计划以后每 5 年视实际需要更新一次标准。

    所谓标准,即明确 C++ 代码的编写规范,所有的 C++ 程序员都应遵守此标准

  2. 2003 年,C++ 标准委员会发布了第二版 C++ 标准,即 C++03 标准,但由于 C++03 仅修复了一些 C++98 中存在的漏洞,并未修改核心语法,因此人们习惯将这两个标准合称为 C++98/03 标准。

  3. 2011 年,C++ 标准委员会发布了第三版 C++ 标准,即 C++11 标准,相比 C++03,C++11 带来了数量可观的变化,其中包含了约 140 个新特性,以及对 C++03 中约 600 个缺陷的修正,这使得 C++11 更像从 C++98/03 中孕育出来的一种新语言。。

    C++ 标准委员会一开始是计划在 2007 年发布第三版 C++ 标准,即 C++07 标准,但在 2006 年时,标准委员会认为到 2007 年,甚至到 2008 年,都可能无法发布第三版 C++ 标准,所以干脆将第三版 C++ 标准命名为 C++0x,即计划在二十一世纪的第一个 10 年的某个时间发布,但最终直到 2011 年才发布第三版 C++ 标准


二、列表初始化

在 C++98/03 中,对象的初始化方式有很多种,这些不同的初始化方式都有各自的适用范围和作用,没有一种方式可以通用于所有情况。为了统一初始化方式,并且让初始化行为具有确定的效果,C++11 提出了列表初始化的概念

2.1 - 统一初始化

在 C++98/03 中,对于普通数组和可以直接进行内存拷贝(memcpy)的对象,可以使用列表初始化来初始化数据。

int arr[5] = { 0, 1, 2, 3, 4 };
​
struct Point
{
    int _x;
    int _y;
} p = { 0, 0 };

在 C++11 中,初始化列表的适用性被大大地增加了,它现在可以适用于任何类型对象的初始化

注意:在 C++11 中,使用列表初始化时,可以添加等号(=),也可以不添加等号

class A
{
public:
    A(int i = 0) : _i(i) { }
private:
    A(const A& a) : _i(a._i) { }
private:
    int _i;
};
​
int main()
{
    A a1(10);
    A a2 = 10;
    A a3 = { 10 };
    A a4{ 10 };
    return 0;
}
  1. a3、a4 使用了 C++11 的列表初始化来初始化对象,效果如同 a1 的直接初始化

  2. 至于 a2,10 会通过隐式类型转换调用构造函数 A(int i = 0) 构造出一个匿名对象,然后通过这个匿名对象调用拷贝构造函数 A(const A& a) 构造出 a2,但由于拷贝构造函数是私有的(private),所以编译器会报错

    注意:Linux 中的 g++ 编译器会报错,VS 中的编译器则不会报错

    【C++ 学习 ㉘】- 详解 C++11 的列表初始化_第1张图片

使用 new 操作符创建新对象时也可以使用列表初始化来初始化对象

int* p = new int{ 0 };
int* arr = new int[5]{ 0, 1, 2, 3, 4 };

除了上面所述的内容,列表初始化还可以直接用在函数传参和返回值上

#include 
#include 
using namespace std;
​
class Person
{
public:
    Person(int id, string name) : _id(id), _name(name)
    {
        cout << _id << ":" << _name << endl;
    }
private:
    int _id;
    string _name;
};
​
void func1(Person p) { }
​
Person func2() { return { 2, "李四" }; }
​
int main()
{
    func1({ 1, "张三" });  // 1:张三
    Person p = func2();  // 2:李四
    return 0;
}

 

2.2 - 列表初始化的使用细节

在 C++11 中,列表初始化的使用范围被大大地增加了,但一些模糊的概念也随之而来。

#include 
using namespace std;
​
struct T1
{
    int _x;
    int _y;
} t1{ 520, 520 };
​
struct T2
{
    int _x;
    int _y;
​
    T2(int, int) : _x(1314), _y(1314) { }
} t2{ 520, 520 };
​
int main()
{
    cout << t1._x << ", " << t1._y << endl;  // 520, 520
    cout << t2._x << ", " << t2._y << endl;  // 1314, 1314
    return 0;
}

在上面的程序中,t1 和 t2 都使用相同的列表初始化来初始化对象,但输出的结果却不同。因为对于聚合类型的对象 t1,它可以直接使用列表初始化来初始化对象;对于非聚合类型的对象 t2,它是基于构造函数使用列表初始化来初始化对象

2.2.1 - 聚合类型的定义

  1. 普通数组可以看作是一个聚合类型。

  2. 满足以下条件的类(class、struct、union)可以看作是一个聚合类型:

    • 无基类、无虚函数以及无用户自定义的构造函数

    • 无 private 或 protected 的普通数据成员(即非静态数据成员)

      struct T1
      {
          int _x;
          int _y;
      private:  // 或者 protected
          int _z;
      } t1{ 1, 2, 3 };  // error(类中有私有成员,无法使用列表初始化进行初始化)
      ​
      struct T2
      {
          int _x;
          int _y;
      protected:  // 或者 protected
          static int _z; 
      } t2{ 1, 2 };  // ok
      ​
      int T2::_z = 3;  // 注意:静态数据成员 _z 不能使用列表初始化进行初始化
    • 类中不能有 {} 和 = 直接初始化的非静态数据成员(即就地初始化)

      struct T3
      {
          int _x = 1;
          int _y{ 2 };
      } t3{ 0, 0 };  // error(C++11)

      注意:从 C++14 开始,也可以使用列表初始化来初始化类中使用 {} 和 = 初始化过的非静态数据成员

2.2.2 - 注意事项

聚合类型的定义并非递归的,即当一个类的非静态数据成员是非聚合类型时,这个类也可能是聚合类型

struct T1
{
    int _x;
    int _y;
private:
    int _z;
public:
    T1() : _x(1), _y(2), _z(3) { }
};
​
struct T2
{
    T1 _t1;
    double _d;
};
​
int main()
{
    T2 t2{ {}, 3.14 };
    return 0;
}

可以看到,T1 是非聚合类型,因为它有一个 private 的非静态数据成员,但 T2 依然是一个聚合类型,可以直接使用列表初始化来初始化对象 t2。

注意:使用列表初始化来初始化 t2 的非聚合类型成员 _t1 时,可以直接写一对空的大括号 {},这相当于调用 _t1 的默认构造函数

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2.3 - initializer_list

2.3.1 - 基本使用

当编译器看到 { t1, t2, ..., tn } 时,便会生成一个 initializer_list 类型的对象(其中 T 为元素的类型),它关联到一个 array

#include 
using namespace std;
​
int main()
{
    auto il = { 10, 20, 30 };
    cout << typeid(il).name() << endl;  // class std::initializer_list
    return 0;
}

对于聚合类型,编译器会将 array 内的元素逐一分解并赋值给被初始化的对象,这相当于为该对象每个字段分别赋值

对于非聚合类型,如果该类存在一个接收 initializer_list 类型的构造函数,则初始化时会将 initializer_list 对象作为一个整体传给构造函数;如果该类不存在这样的构造函数,则 array 内的元素会被编译器分解并传给相应的能接收这些参数的构造函数(比如列表中有 2 个元素,就传给带 2 个参数的构造函数,有 3 个元素,就传给带 3 个参数的构造函数,依次类推)

#include 
#include 
using namespace std;
​
class Test
{
public:
    Test(int) { cout << "Test(int)" << endl; }
​
    Test(int, int) { cout << "Test(int, int)" << endl; }
};
​
int main()
{
    // vector (initializer_list il, 
    //      const allocator_type& alloc = allocator_type());
    vector v{ 0, 1, 2, 3, 4 };
    for (const auto& e : v)
    {
        cout << e << " ";
    }
    // 0 1 2 3 4
    cout << endl;
    
    Test t1{ 1 };  // Test(int)
    Test t2{ 1, 2 };  // Test(int, int)
    return 0;
}

2.3.2 - 源码剖析

#include 
​
template 
class initializer_list
{
public:
    typedef T        value_type;
    typedef const T& reference;  // 说明对象永远为 const,不能被外部修改!
    typedef const T& const_reference;
    typedef size_t   size_type;
    typedef const T* iterator;  // 永远为 const 类型
    typedef const T* const_iterator;
    
private:
    iterator  _M_array; // 用于存放用列表初始化中的元素
    size_type _M_len;   // 元素的个数
​
    // 注意:编译器可以调用 private 的构造函数!!!
    // 构造函数在调用之前,编译会先在外部准备好一个 array,
    // 同时把 array 的地址传入模板,并保存在 _M_array 中
    constexpr initializer_list(const_iterator __a, size_type __l)
        :_M_array(__a), _M_len(__l) {};  // 注意该构造函数被放到 private 中!
    
public:
    // 无参的构造函数
    constexpr initializer_list() : _M_array(0), _M_len(0) {} 
​
    // 用于获取元素的个数
    constexpr size_type size() const noexcept { return _M_len; }
​
    // 获取第一个元素的位置
    constexpr const_iterator begin() const noexcept { return _M_array; }
​
    // 获取最后一个元素的下一个位置
    constexpr const_iterator end() const noexcept
    {
        return begin() + _M_len;
    }
};

让模拟实现的 vector 也支持列表初始化

namespace yzz
{
    template
    class vector
    {
    public:
        typedef T* iterator;
        typedef const T* const_iterator;
​
        vector(std::initializer_list il) :
            _start(new T[il.size()]),
            _finish(_start + il.size()),
            _end_of_storage(_finish)
        {
            iterator v_it = _start;
            typename std::initializer_list::iterator il_it = il.begin();
            while (il_it != il.end())
            {
                *v_it++ = *il_it++;
            }
        }
        // ... ...
    private:
        iterator _start;
        iterator _finish;
        iterator _end_of_storage;
    };
}

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