深入探讨 C++ 中的“缺省”特性与机制

0. 缺省 (Default) 概念

缺省，我们联想其英文 defualt，即默认，可以理解为默认值。

在 C++ 中，“缺省”通常指的是编译器为某些函数、参数、构造函数或其他特性提供的自动化行为或默认值。缺省机制帮助我们简化代码、提高代码的可维护性，并且在许多情况下提高了代码的可读性和可复用性。

缺省机制主要体现在下面几场景：

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1. 缺省构造函数

缺省构造函数是当没有提供构造函数时，编译器自动生成的构造函数。它用于初始化类的对象，通常为成员变量提供默认值。如果你没有为类显式定义构造函数，编译器会提供一个默认构造函数。

示例：

class MyClass {
public:
    int x;
    double y;
};

int main() {
    MyClass obj;  // 调用缺省构造函数
    obj.x = 10;
    obj.y = 3.14;
}

对于上面的代码，MyClass类没有显式定义构造函数，编译器会自动生成一个缺省构造函数。如果显式定义了构造函数，编译器将不会自动生成缺省构造函数，除非进行显式声明。

自定义缺省构造函数：

class MyClass {
public:
    int x;
    double y;
    MyClass() : x(0), y(0.0) {}  // 自定义缺省构造函数
};

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2. 缺省参数值

在 C++ 中，我们可以为函数参数提供缺省值。即如果调用函数时没有为某个参数传递值，编译器会使用该参数的缺省值。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

void printMessage(const string& message = "abc") {
    cout << message << endl;
}

int main() {
    printMessage();  // 使用缺省参数值
    printMessage("Hello, C++!");  // 使用自定义值
    return 0;
}

对于上面的代码，printMessage函数的参数message有一个缺省值 "abc"。当调用printMessage时，如果没有提供参数，缺省值就会被使用；如果提供了参数，传入的值就会覆盖缺省值。

细节：

• 缺省参数必须从右到左依次提供，即如果一个函数的某个参数提供了缺省值，那么它右边的所有参数也必须提供缺省值。

// 正确
void func(int a, int b = 2, int c = 3);

// 错误
void func(int a = 1, int b, int c = 3);

• 如果函数 的参数全都是缺省，叫做全缺省
• 如果不全是缺省，叫做半缺省

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3. 缺省拷贝构造函数和赋值操作符

如果没有显式定义拷贝构造函数或赋值操作符，编译器会提供缺省的拷贝构造函数和赋值操作符。

缺省拷贝构造函数：

class MyClass {
public:
    int x;
    double y;
};

int main() {
    MyClass obj1;  // 默认构造
    MyClass obj2 = obj1;  // 调用缺省拷贝构造函数
}

对于上面的代码，如果我们没有显式定义拷贝构造函数，编译器将自动提供一个成员逐一复制的拷贝构造函数。

自定义拷贝构造函数：

class MyClass {
public:
    int x;
    double y;
    MyClass(const MyClass& other) : x(other.x), y(other.y) {}
};

缺省赋值操作符：

同样，如果你没有定义赋值操作符，编译器会提供一个默认的赋值操作符，它会将右侧对象的每个成员逐一赋值给左侧对象。

class MyClass {
public:
    int x;
    double y;
};

int main() {
    MyClass obj1;
    MyClass obj2;
    obj2 = obj1;  // 调用缺省赋值操作符
}

自定义赋值操作符：

如果类中有指针成员或动态分配的资源，可能需要自定义赋值操作符，避免浅拷贝（浅拷贝会导致资源泄漏）。

class MyClass {
public:
    int* x;
    MyClass& operator=(const MyClass& other) {
        if (this != &other) {  // 防止自赋值
            *x = *(other.x);
        }
        return *this;
    }
};

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4. 缺省模板参数

C++ 允许定义模板时为模板参数提供缺省值，这样在实例化模板时，如果没有提供相应的模板参数，编译器会使用缺省值。

示例：

template <typename T = int>
class MyClass {
public:
    T value;
};

int main() {
    MyClass<> obj;  // 使用缺省模板参数 int
    obj.value = 10;
    cout << obj.value << endl;
}

对于上面的代码，MyClass类模板有一个缺省模板参数T，它的默认类型是int。当实例化MyClass<>时，模板参数会自动默认为int。

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5. 缺省类型推断 (auto)

在 C++11 引入的auto关键字允许编译器根据初始化表达式的类型来推断变量的类型。这简化了代码，并使得代码更加灵活，尤其是对于复杂的类型或迭代器类型。

示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> vec = {1, 2, 3};
    
    // 使用 auto 推断类型
    for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
        cout << *it << endl;
    }

    auto x = 42;  // 推断出 x 是 int 类型
    cout << x << endl;
}

在这个例子中，auto使得代码更加简洁，避免了手动指定复杂类型。

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6. 总结

C++中的“缺省”机制，通过自动化、简化或提供默认行为来提升开发效率。常见的缺省机制包括：

• 缺省构造函数：编译器自动生成构造函数，初始化对象。
• 缺省参数值：函数参数可以指定缺省值，避免在调用时每次都显式传递相同的值。
• 缺省拷贝构造函数和赋值操作符：编译器自动生成拷贝构造函数和赋值操作符，逐成员复制对象。
• 缺省模板参数：模板可以指定缺省类型，使得使用模板时更加灵活。
• auto类型推断：编译器根据初始化表达式推断变量类型，减少代码冗余。