【c++】类和对象（六）深入了解隐式类型转换

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朋友们大家好，本篇文章我们来到初始化列表，隐式类型转换以及explicit的内容

目录

  • 1.初始化列表
    • 1.1构造函数体赋值
    • 1.2初始化列表
      • 1.2.1隐式类型转换与复制初始化
    • 1.3explicit关键字

1.初始化列表

1.1构造函数体赋值

在创建对象时，编译器通过调用构造函数，给对象中各个成员变量一个合适的初始值

class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
 {
     _year = year;
     _month = month;
     _day = day;
 }
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};

虽然上述构造函数调用之后，对象中已经有了一个初始值，但是不能将其称为对对象中成员变量的初始化，构造函数体中的语句只能将其称为赋初值，而不能称作初始化。因为初始化只能初始化一次，而构造函数体内可以多次赋值

1.2初始化列表

class Date {
public:
	Date(int year,int month,int day)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

初始化列表：以一个冒号开始，接着是一个以逗号分隔的数据成员列表，每个成员变量后面跟一个放在括号中的初始值或表达式

那么，为什么要使用初始化列表呢？它的优势在哪里呢？

我们来看构造函数对于下面类的初始化：

class Date2 {
public:
	Date2(int year, int month, int day)	
	{
	    _n=10;
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	const int _n;
};

在这里插入图片描述

我们发现const成员变量并不能用函数体进行初始化

int _year;
int _month;
int _day;

这三个成员既可以在函数体，又可以在初始化列表，但是类中包含以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化：

  • 引用成员变量
  • const成员变量
  • 自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)
    int _year;
	int _month;
	int _day;
	const int _n;

我们知道，这个只是一个声明，定义是对象实例化时候完成的，有些成员，必须在定义的时候进行初始化

初始化列表中的每个元素都直接对应一个成员变量或基类，允许在构造函数体执行之前对这些成员或基类进行初始化。这对于const成员变量、引用类型成员变量以及某些没有默认构造函数的类型尤其重要

Date2(int year, int month, int day)	
	:_n(1)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}

初始化列表是每个成员变量定义初始化的位置

class Date2 {
public:
	Date2(int year, int month, int day)	
		:_n(1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	const int _n;
};

没有在初始化列表中显式初始化_year、_month、和_day这三个成员变量，它们仍然会在初始化列表阶段被默认初始化，然后在构造函数体内被赋新的值

对于基本类型（如int），如果它们未在类的初始化列表中显式初始化，则它们会进行默认初始化。对于类内的基本类型成员变量，默认初始化意味着不进行初始化（保留未定义值），除非它们是静态存储持续时间的对象（例如全局或静态变量，它们会被初始化为零）。然而，对于自动存储持续时间（如函数内的局部变量）的对象，如果未显式初始化，则其值是未定义的。在类构造函数中，成员变量的行为类似于局部变量，如果不在初始化列表中显式初始化，它们将不会被自动初始化

_n是通过初始化列表初始化的，因为它是const类型的，必须在那里初始化。而_year、_month、和_day虽然没有在初始化列表中被显式赋值，但它们会在构造函数体开始执行前完成默认初始化（对于基本数据类型，这意味着它们的初始值是未定义的）。然后，在构造函数体内，它们被赋予新的值

因此，可以说成员变量_year、_month、和_day先经历了默认初始化（在这个场景下，这意味着它们的值是未定义的），然后在构造函数体内被赋值

我们不妨提到前面讲的声明时给缺省值：

private:
	int _year=1;
	int _month;
	int _day;
	const int _n;

缺省值的本质就是给初始化列表用的

在这里插入图片描述

Date2(int year, int month, int day)	
    : _n(1), _year(year), _month(month), _day(day)
{
    // 构造函数体可以留空，因为所有成员变量都已经在初始化列表中初始化
}

在这个版本中，所有成员变量都是通过初始化列表直接初始化的，这是推荐的做法，特别是对于复杂类型或类类型的成员变量

引用类型必须在定义的时候初始化，所以也得使用初始化列表

class A
{
public:
	A(int a=0)
		:_a(a)
	{}
private:
	int _a;
};
class Date2 {
public:
	Date2(int year, int month, int day,int x)	
		:_n(1)
		,_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
		,_ref(x)
	{
	}
private:
	int _year=1;
	int _month;
	int _day;
	const int _n;
	int& _ref;
	A aa;
};

这里aa也会走初始化列表，来调用它的默认构造函数

在这里插入图片描述
我们可以在初始化列表来直接控制自定义类型的初始化

Date2(int year, int month, int day,int x)	
	:_n(1)
	,_year(year)
	,_month(month)
	,_day(day)
	,_ref(x)
	,aa(1)
{
}

初始化列表和构造函数共同定义了类对象的初始化行为。初始化列表提供了一种高效、直接初始化成员变量和基类的方式，而构造函数则完成剩余的初始化逻辑和设置，比如动态开辟一个数组进行赋值的时候，就用到函数体

成员变量在类中声明次序就是其在初始化列表中的初始化顺序，与其在初始化列表中的先后次序无关

我们来看下面的代码：

class A
{
public:
    A(int a)
       :_a1(a)
       ,_a2(_a1)
   {}
    
    void Print() {
        cout<<_a1<<" "<<_a2<<endl;
   }
private:
    int _a2;
    int _a1;
};
int main() {
    A aa(1);
    aa.Print();
}

这个结果是什么呢？
在这里插入图片描述
结果是1和一个随机值

在这个例子中，A类有两个整型成员变量：_a1和_a2。在构造函数中，_a1被初始化为传入的参数a的值，而_a2被初始化为_a1的值。

然而，成员变量的初始化顺序是由它们在类中声明的顺序决定的，而不是它们在初始化列表中出现的顺序。在A类中，_a2在_a1之前声明，因此_a2会先于_a1初始化。

这意味着当_a2(_a1)执行时，_a1还没有被初始化，所以_a2的值是未定义的。然后，_a1被初始化为1

因此，当调用aa.Print();时，输出的第一个值（_a2的值）是未定义的，而第二个值（_a1的值）是1。在实际执行时，未定义的值可能是内存中该位置的任何值，这取决于编译器和运行时环境。

要修正这个问题，应该按照成员变量在类中声明的顺序初始化它们，或者更改成员变量的声明顺序以反映期望的初始化顺序。例如：

class A {
public:
    A(int a)
       :_a1(a) // 现在_a1首先初始化
       ,_a2(_a1) // 然后是_a2
    {}
    
    void Print() {
        cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
    }
private:
    int _a1; // 声明顺序改为先_a1
    int _a2; // 然后是_a2
};

在这个修改后的版本中，_a1会先被初始化为1，然后_a2会被初始化为_a1的值，即1。所以Print函数会输出1 1。

1.2.1隐式类型转换与复制初始化

我们再来看下面的类：

class C
{
public:
	C(int x)
		:_x(x)
	{}
private:
	int _x;
};
int main()
{
	C cc1(1);
	C cc2 = 2;
	return 0;
}

C cc2 = 2;

为什么cc2能直接赋值呢？

在C++中，如果一个类的构造函数只需要一个参数（或所有参数除了第一个外都有默认值），那么这个构造函数允许从构造函数参数类型到类类型的隐式转换。这种转换使得单个值可以被视为是该类的一个实例，即使没有显式地调用构造函数

C cc1(1);
  • 这行代码直接调用了C类的构造函数，使用1作为参数创建了cc1对象。
C cc2 = 2;
  • 这行代码演示了隐式类型转换。虽然看起来像是将整数2赋值给cc2，实际上C++编译器解释为使用2作为参数调用C类的构造函数来初始化cc2。这是因为C(int x)构造函数允许从int到C的隐式转换。

复制初始化是C++中一种对象初始化的方式，它与直接初始化有所不同，但在某些情况下可以产生类似的效果。理解复制初始化对于深入理解C++的对象构造和赋值语义非常重要。接下来，我们将通过详细说明来解释复制初始化的概念，以及为什么在某些情况下可以通过直接赋值的方式来初始化对象

复制初始化的基本概念

复制初始化通常发生在使用=操作符进行对象初始化的场景中。不同于直接初始化（直接调用构造函数），复制初始化涉及到源对象到目标对象的潜在类型转换和赋值操作

C obj = value;

在上述代码中，value可以是与C类型兼容的任何值或对象。复制初始化的过程如下：

  1. 类型转换（如果必要）：如果value不是C类型的对象，则编译器会尝试使用value调用C的构造函数（或explicit关键字修饰的构造函数除外），以创建一个临时的C类型对象。这一步是隐式类型转换的一部分。

  2. 调用拷贝构造函数：编译器接下来会使用这个临时对象（如果第一步创建了临时对象的话）作为参数调用C的拷贝（或移动）构造函数，来初始化obj。如果源对象就是C类型，并且没有发生类型转换，那么这一步将直接用源对象来初始化obj。

  3. 优化：在很多情况下，编译器可以应用（拷贝消除）优化来避免真正创建临时对象和执行拷贝（或移动）操作，直接在obj的存储位置构造对象

为什么可以直接赋值？

class C
{
public:
	C(int x)
		:_x(x)
	{}
private:
	int _x;
};

C cc2 = 2;

这里的2是一个整型字面量，不是C类型的对象。复制初始化的过程大致如下：

  1. 类型转换：编译器使用2调用C的构造函数创建一个临时的C类型对象。
  2. 拷贝构造函数：这个临时对象然后用于初始化cc2。但实际上，由于优化，这一步可能被省略，2直接用于在cc2的位置构造C对象。

我们不妨来看看它是否调用了拷贝构造：

class C
{
public:
	C(int x)
		:_x(x)
	{}
	C(const C& cc)
	{
		cout << "use copy" << endl;
	}
private:
	int _x;
};

在这里插入图片描述
这里就被编译器优化了，同一个表达式连续步骤的构造，一般会被合并为一个

因此，尽管代码看起来像是将2直接赋值给C类型的对象cc2，实际上则是通过编译器优化，直接在cc2的存储位置用2构造了一个C对象。

来看下面的代码：

class C
{
public:
	C(int x)
		:_x(x)
	{}
	
private:
	int _x;
};

int main()
{
	C& cc3 = 2;
	return 0;
}

C& cc3 = 2;试图将一个整型字面量2赋给C类型的引用cc3。这行代码会导致编译错误，原因如下：

  1. 引用的基本要求：在C++中，引用必须绑定到一个已经存在的对象上。引用本质上是对象的别名，它不能像指针那样独立存在

  2. 引用与临时对象：尽管临时对象（如通过类型转换创建的临时C对象）可以被绑定到const引用上（即const C&），但它们不能直接绑定到非const引用（C&）上。这是为了防止通过非const引用对临时对象进行修改，因为这种修改通常没有意义（临时对象在表达式结束后就销毁了）。

  3. 正确的用法：如果你的意图是创建一个C类型的临时对象，并将其绑定到引用上，正确的语法应该使用const引用，如下：

    const C& cc3 = C(2);
// 或者
const C& cc3 = 2; // 依赖于C(int)构造函数的隐式类型转换

    这两种方式都是可行的，它们创建了一个C类型的临时对象，并将其绑定到const引用cc3上。由于引用是const的，你不能通过cc3修改对象的状态。

要解决原代码中的问题，需要确保使用const引用来引用临时对象，或者创建一个非临时的C对象并将其赋给一个非const引用。例如：

C cc4(2);
C& cc3 = cc4; // cc3引用cc4

在这个修正后的示例中，cc4是一个非临时的C对象，cc3是一个类型为C&的引用，它直接引用（或绑定到）cc4上

这个真正好处我们在后面会用到：

class Stack
{
public:
	void Push(const C& c)
	{
			//
	}
};

比如我们想要在栈这个容器中压入c类型的对象有两种方式：

Stack st;
C cc3(3);
st.Push(cc3);

st.Push(4);

直接用隐式类型转换就方便了很多

1.3explicit关键字

如果不想让隐式类型转换发生，我们就需要用 explicit修饰构造函数，禁止类型转换

在这里插入图片描述

单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用

C++11及以后版本版本支持多个参数隐式类型转换

class A
{
public:
	//explicit A(int a1, int a2)
	A(int a1, int a2)
		:_a1(a1)
		,_a2(a2)
	{}

private:
	int _a1;
	int _a2;
};
int main()
{
    A aa={1,2};
	return 0;
}

不想让隐式类型转换发生，可以加上explicit关键字

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