引言

变量初始化的工作,要是不细想,可能会觉得是一件挺简单的事儿,例如int a = 100;。但在 C 的世界里,谁也不敢说哪件事是简单的,要是写成int a = {100};,不知道你有没有见过?

其实后一种写法是列表初始化方法,是 C 11 标准里定义的,它的结果也和前一种一样。我们在下文会对列表初始化的用法、原理,以及如何避坑进行详细讨论。

如果这个变量int a是出现在类的声明中,那又有什么新花样对它进行默认初始化呢?我们就从类的非静态成员默认初始化说起吧。

c基础教程第36讲(C11精要学习)(1)

非静态成员默认初始化

这要从一个痛点说起。

在 C 11 标准之前,如果一个类的非静态数据成员较多,那么用初始化列表方式,编写构造函数时就会比较痛苦。如下例所示,会发现这几乎就是在穷举各种情况。

class OneInit { public: OneInit() : x(0), y(false), z("init") {} OneInit(int x) : x(x), y(false), z("init") {} OneInit(bool y) : x(0), y(y), z("init") {} OneInit(const string &z) : x(0), y(0), z(z) {} private: int x; bool y; string z; };

这还仅是举个栗子,实际情况里一个类里十来个成员是常有的事,真要这样写默认初始化,费劲不说,还容易出错。

C 11 提供了新的初始化方法,就是在类内声明处,直接对非静态成员赋值即可。经过改写,看下新的版本:

class OneInit { public: OneInit() {} OneInit(int x) : x(x) {} OneInit(bool y) : y(y) {} OneInit(const string &z) : z(z) {} private: int x = 0; bool y = false; string z{"init"}; //这是列表初始化方法,下节会具体讲述 };

是不是简化得多了,是不是有一种清爽感扑面而来?构造函数里,只关注你想初始化的成员就好,所有默认值都可以放在声明处,一次性解决。

虽然方便,但仍有两点注意事项,以免掉坑。

其实你真用了上面的方法,编译也会报错,只是要知道错在哪里。

列表初始化

在介绍列表初始化之前,我们先回顾一下已有的两种初始化方式:直接初始化和拷贝初始化。

直接初始化一般使用括号方式,将初始值赋予变量。而拷贝初始化,则是使用等号对变量进行初始化。

示例代码如下:

class OneInit { public: OneInit(int x) {} }; int main() { OneInit one(100); // 直接初始化 OneInit one2 = 101; // 拷贝初始化 OneInit *one3 = new OneInit(102); // 思考题:这是哪种初始化类型? }

需要注意的是,拷贝初始化的等号并不是赋值的含义,而是隐式调用构造函数。如果在构造函数前加上explicit关键字,则编译会失败。explicit的作用就是强制构造函数必须显式调用。

那么,我们来看一下 C 11 中新增的列表初始化的方法,它使用花括号{}对变量进行初始化。列表初始化也有直接和拷贝两种初始化类型。

还是用代码说话:

class OneInit { public: OneInit(int x, string y) {} }; int main() { OneInit one{100, "init"}; // 直接初始化 OneInit one2 = {101, "init"}; // 拷贝初始化 OneInit *one3 = new OneInit{102, "init"}; // 直接初始化,知道上面思考题的答案了吧 }

上述代码在构造函数中增加了一个string类型参数,以方便大家看到,在多参数的情况下,如何编写列表初始化方法。

乍一看,这似乎和括号初始化方式差别不大,但它有一个妙用,就是在使用函数返回对象的时候,可以用列表初始化方式进行多参数的隐式构造,看代码来体会一下:

class OneInit { public: OneInit(int x, string y) {} }; OneInit get_object() { return {103, "init"}; // 简化了生成对象的过程 } int main() { OneInit one = get_object(); }

相信大家对列表初始化的规则已经了解,下面我们讲一个高阶应用。

容器初始化

我们对于数组可以方便地以int array[] = {1, 2, 3};这样的方法来初始化。但是对于 STL 库中的众多容器,以前却没什么好办法,只能写一个循环不断地追加值。

现在借助于列表初始化,我们也可以做到像数组一样初始化容器对象了。

int main() { int array1[]{1, 2, 3}; int array2[] = {1, 2, 3}; vector<int> v1{1, 2, 3}; vector<int> v2 = {1, 2, 3}; list<int> l1{1, 2, 3}; list<int> l2 = {1, 2, 3}; map<string, int> m1{ {"one", 1}, {"two", 2}, {"three", 3} }; map<string, int> m2 = { {"one", 1}, {"two", 2}, {"three", 3} }; }

STL 容器对象的初始化,看起来也如丝般光滑了。这个实现离不开一个前提,就是容器类要支持std::initializer_list为形参的构造函数。

std::initializer_list是一个支持begin, end, size成员函数的类模板。编译器首先将花括号的内容构造为一个std::initializer_list对象,然后匹配容器类的构造函数,只要形参是std::initializer_list类型,那么执行相应的构造函数。

在构造函数中对begin, end范围内的数据进行循环,就实现了多参数元素的初始化。说起来真不复杂,各位有心的完全可以自己定义一个类,然后支持std::initializer_list形参的构造函数,也能实现自有的列表初始化方法了。

不知道你注意到没有,map 的初始化有点与众不同,对于多参数的元素,似乎只管嵌套就完了。如果深究的话,你会发现内层元素{"one", 1}其实是隐式调用了std::pair构造函数,而外层则是走的std::initializer_list方式。

注意事项

列表初始化容易掉坑的地方,就是在隐式缩窄转换上。例如int a = 10240; char b = a;中,变量 b 的初始化就发生了隐式缩窄,信息发生了丢失。这种问题编译时有可能警告都不会有,所以要千万小心。

要避免这样的问题,需要知道四条隐式缩窄规则:

  1. 从浮点类型转换到整数类型;
  2. 从long double转换到long或float。或从double转换到float;
  3. 从整数类型或非强枚举类型,转换到浮点类型;
  4. 从整数类型或非强枚举类型,转换到不能代表所有原始类型值的整数类型。

以下代码是错误示例,请仔细看:

int main() { int a = 10240; double b = 99.9; int c = {3.0}; // 对应规则1 float d = {b}; // 对应规则2 float e = {a}; // 对应规则3 char f = {a}; // 对应规则4 }

结语

没想到一个变量初始化,也能整出这么多说法来。即使是一件看起来应该简单的事情,在 C 里面也能不断挖出坑来。所以谁也不敢说自己是 C 高手,那是分分钟被打脸。

不管怎样,让我们记住本文最重要的三个点,方便自己以后写代码吧:

参考资料:

谢丙堃 现代C 语言核心特性解析 人民邮电出版社

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