【C++面试】啥时候必须用初始化列表

简介: 构造函数和其他函数不同,构造函数除了有名字、参数列表和函数体外,还可以有初始化列表,即以冒号开头,后跟一系列以逗号分隔的初始化字段,如下的foo类。

一、初始化列表的定义

构造函数和其他函数不同,构造函数除了有名字、参数列表和函数体外,还可以有初始化列表,即以冒号开头,后跟一系列以逗号分隔的初始化字段,如下的foo类。

class foo{
public:
  foo(string s, int i):name(s), id(i){ } ; // 初始化列表
private:
  string name ;int id ;
};

构造函数的执行分为2个阶段:

初始化阶段:所有类类型(class type)的成员都会在初始化阶段初始化,即使该成员没有出现在构造函数的初始化列表中。

计算阶段:一般用于执行构造函数体内的赋值操作。

二、构造函数的两个阶段

下面用到的this指针,C++中的每一个对象都能通过this指针访问自己的地址,this指针是所有成员函数的隐含参数,所以在成员函数内部,可以用来指向调用对象。

PS:友元函数没有this指针,因为友元函数不是类的成员,只有成员函数才有this指针。

#include <iostream>
using namespace std;
class Box{
   public:
      // 构造函数定义
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
      }
      double Volume(){
         return length * breadth * height;
      }
      int compare(Box box){
         return this->Volume() > box.Volume();
      }
   private:
      double length;     // Length of a box
      double breadth;    // Breadth of a box
      double height;     // Height of a box
};
int main(void){
   Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // Declare box1
   Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // Declare box2
   if(Box1.compare(Box2)){
      cout << "Box2 is smaller than Box1" <<endl;
   }
   else{
      cout << "Box2 is equal to or larger than Box1" <<endl;
   }
   return 0;
}

image.png

先来看构造函数函数的2个阶段:初始化和计算。

#include<iostream>
using namespace std;
class Test1{
public:
  Test1() // 无参构造函数
  {cout << "Construct Test1" << endl ;}
  Test1(const Test1& t1) // 拷贝构造函数
  {cout << "Copy constructor for Test1" << endl ;
  this->a = t1.a ;}
  Test1& operator = (const Test1& t1) // 赋值运算符
  {cout << "assignment for Test1" << endl ;
  this->a = t1.a ;
  return *this;}
  int a ;
};
class Test2{
public:
  Test1 test1 ;
  Test2(Test1 &t1)
  {test1 = t1 ;}
};
int main(){
  Test1 t1;
  Test2 t2(t1);
  system("pause");
  return 0;
}

image.png

分析上面的结果:

(1)第一行:Test1 t1;构造一个Test1对象;

(2)第二行:输出对应Test2构造函数中的代码,用默认的构造函数初始化对象test1 // 这就是所谓的初始化阶段

(3)第三行:输出对应Test2的赋值运算符,对test1执行赋值操作 // 这就是所谓的计算阶段

三、使用初始化列表的原因

初始化类的成员有两种方式,一是使用初始化列表,二是在构造函数体内进行赋值操作。

主要是性能问题,对于内置类型,如int, float等,使用初始化类表和在构造函数体内初始化差别不是很大,但是对于类类型来说,最好使用初始化列表,为什么呢?

由下面的测试可知,使用初始化列表少了一次调用默认构造函数的过程,这对于数据密集型的类来说,是非常高效的。

class Test2{
public:
  Test1 test1 ;
  Test2(Test1 &t1):test1(t1){}
}

完整代码如下:

#include<iostream>
using namespace std;
class Test1{
public:
  Test1() // 无参构造函数
  {cout << "Construct Test1" << endl ;}
  Test1(const Test1& t1) // 拷贝构造函数
  {cout << "Copy constructor for Test1" << endl ;
  this->a = t1.a ;}
  Test1& operator = (const Test1& t1) // 赋值运算符
  {cout << "assignment for Test1" << endl ;
  this->a = t1.a ;return *this;}
  int a ;
};
class Test2{
public:
  Test1 test1 ;
  Test2(Test1 &t1):test1(t1){}
};
int main(){
  Test1 t1;
  Test2 t2(t1);
  system("pause");
  return 0;
}

image.png

分析上面的结果:

(1)第一行输出对应 调用代码的第一行

(2)第二行输出对应Test2的初始化列表,直接调用拷贝构造函数初始化test1,省去了调用默认构造函数的过程。

所以一个好的原则:能使用初始化列表的时候尽量使用初始化列表。

四、必须使用初始化列表的时候

除了性能问题之外,有些时候合初始化列表是不可或缺的,以下几种情况时必须使用初始化列表

const常量成员,因为常量只能初始化不能赋值,所以必须放在初始化列表里面

引用类型,引用必须在定义的时候初始化,并且不能重新赋值,所以也要写在初始化列表里面

没有默认构造函数的类类型,因为使用初始化列表可以不必调用默认构造函数来初始化,而是直接调用拷贝构造函数初始化

class Test1{
public:
  Test1(int a):i(a){}
  int i;
};
class Test2{
public:
  Test1 test1 ;
  Test2(Test1 &t1)
  {test1 = t1 ;}
};

以上代码无法通过编译,因为Test2的构造函数中test1 = t1这一行实际上分成两步执行:

调用 Test1 的默认构造函数来初始化 test1

由于Test1没有默认的构造函数,所以1 无法执行,故而编译错误。

正确的代码如下,使用初始化列表代替赋值操作:

class Test2{
public:
  Test1 test1 ;
  Test2(int x):test1(x){}
}

五、成员变量的初始化顺序

成员是按照他们在类中出现的顺序进行初始化的,而不是按照他们在初始化列表出现的顺序初始化的:

\

class foo{
public:
  int i ;int j ;
  foo(int x):i(x), j(i){}; // ok, 先初始化i,后初始化j
};

再比如:

class foo{
public:
  int i ;int j ;
  foo(int x):j(x), i(j){} // i值未定义
};

这里i的值是未定义的因为虽然j在初始化列表里面出现在i前面,但是i先于j定义,所以先初始化i,而ij初始化,此时j尚未初始化,所以导致i的值未定义。一个好的习惯是,按照成员定义的顺序进行初始化

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