【C++】C++中的Sequence Point,构造函数等问题

本文探讨了C++中的SequencePoint概念、构造函数为何无返回值、如何显式调用构造及析构函数、拷贝构造函数为何需引用传递,以及static与const不能连用于类成员函数的原因。

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本文将简要的讨论以下几个问题

  • 什么是Sequence Point
  • C++的构造函数为什么没有返回值
  • 如何显示调用构造函数和析构函数
  • 拷贝构造函数为什么必须是引用传递
  • 类成员函数中static和const 不能连用的原因

1. 什么是Sequence Point

在现今的笔试中 ,我们经常会遇到如下的问题,当下列语句执行完后,a的值是多少?

int a = 1; // no side effect
a = a ++;  // side effect

答案无非是提供了,1, 2, undefined…
其实上述例子,在C++中已经有相应的名词Sequence Point

A sequence point is a point in the program’s exexution sequence where all previous side-effects shall have take place and where all subsequent side-effects shall not have take place.

在C++中,表达式计算存在两种类型,一是无副作用的,而是有副作用(side effect)的。 如上述代码所示。
而一个 sequence point 按照上述定义为,该点前的表达式的所有副作用,在程序执行到达改点之前发生完毕;该点后的表达式的所有副作用,在程序执行到达该点时尚未发生。

  • 法则1 在表达式求值时,在前一个和下一个顺序点之中,一个对象所存储的值至多只能被修改一次。如下图的结果是undefined
    rule 1
  • 法则2 在表达式求值的过程中会更改某个对象的值,要求更改前的值被读取的唯一目的是用来确定存入新值。
    rule 2

在C中,规定的Sequence Point很少,因为这有益于编译器的优化最大化。


2. C++的构造函数为什么没有返回值

上一个简单的例子,帮助理解与记忆。

class Base {
// ...
};

void foo(int a) {
    // do something... 
}

void foo(const Base& base) {
    // do something...
}

int main()
{
    // 如果构造函数返回值,下面的结果将调用哪个函数?
    foo(Base()); 
    return 0;
}

很显然,构造函数不设定返回值,是因为构造函数的特殊性质决定的。如果有返回值,那么将会存在很多问题。


3. 如何显示调用构造函数和析构函数

事实上,我们采用new操作符时,一般会发生以下三件事情:

  • 调用::operator new 分配所需内存
  • 调用对象的构造函数
  • 返回新分配的并构造的对象的指针

我们用以下代码来模拟这个过程。结果说明,我们总是可是显示的调用构造函数和析构函数。

class Base
{
public:
    Base() { cout << "constructors" << endl; }
    ~Base() { cout << "Destructors" << endl; }
};

int main()
{
    Base *pb = (Base *)malloc(sizeof(Base));
    new(pb) Base();
    pb->~Base();
    delete pb;

    return 0;
}

4. 拷贝构造函数为什么必须是引用传递

在深入探讨之前,首先列出拷贝初始化的几种情况:

  • 在使用=定义变量时, 如 Foo newObj = oldObj
  • 将 一个对象作为实参传递给一个非引用类型的实参;
  • 从一个返回类型为非引用类型的函数返回一个对象;
  • 用花括号初始化一个数组中的元素或一个聚合类中的成员;
  • 某些类类型会对他们所分配的对象使用拷贝初始化。例如,当我们初始化标准库容器或者调用insert或push成员,容器会对其进行拷贝初始化。而用emplace成员创建的元素则都进行直接初始化。
class Base
{
public:
    Base() { cout << "constructors" << endl; }
    Base(const Base bs) {
        a = bs.num;
    }
    ~Base() { cout << "Destructors" << endl; }

private:
    int num;
};

正如上述所说的,在函数调用过程中,具有非引用类型的参数进行拷贝初始化。类似的,当一个具有非引用类型的返回类型时,返回值会被用来初始化调用方的结果。
拷贝构造函数被用来初始化非引用类类型参数,如果参数不是引用类型,则将进入死循环–>因为为了调用拷贝构造函数,必须拷贝它的实参,但为了拷贝实参,我们又需要调用拷贝构造函数,如此无限循环


5. 类成员函数中static和const 不能连用的原因

C++的设计准则之一:nonstatic member function必须至少和nonmember function有相同的效率。
例如:

float magnitude3d(const Point3d *_this) { //... }
float Point3d::magnitude3d() const { //... }

对于后者的nonstatic member function而言,其最终会扩展为:

Point3d Point3d::magnitude(const Point3d *const this) {
    //...
}

由上可见,const修饰的是指针this,而this属于object的范畴。而对于static而言,类中的static成员函数或成员变量,不隶属于某个具体的object,其范畴是整个class。因此,修饰的范畴不同,故static和const在类中对同一个成员函数或者成员变量不能一起使用


<think>我们正在讨论C++中的两个概念:初始化列表(member initializer list)和列表初始化(list initialization)。根据用户提供的引用和之前的问题,我们需要明确区分这两者。 初始化列表(Member Initializer List): - 出现在构造函数的定义中,在构造函数参数列表之后,函数体之前,以冒号开头,后跟一个或多个成员初始化器,用逗号分隔。 - 例如:`MyClass(int x) : a(x), b(0) { ... }` - 作用:用于初始化类的成员变量,特别是那些不能默认初始化或需要特定初始化的成员(如const成员、引用成员、没有默认构造函数的类类型成员)。 - 执行时机:在构造函数体执行之前执行,因此比在构造函数体内赋值更高效(避免先默认构造再赋值)。 列表初始化(List Initialization): - 是C++11引入的一种初始化语法,使用花括号`{}`来初始化变量。 - 例如:`int x{5};`,`std::vector<int> v{1,2,3};` - 特: 1. 可以防止窄化转换(如从double到int的转换,如果丢失信息则编译错误)。 2. 统一了各种初始化方式,可以用于初始化数组、结构体、容器等。 3. 当用于类对象时,会优先匹配带有`std::initializer_list`参数的构造函数。 引用中的内容支持: - 引用[1]:展示了初始化列表在构造函数中的执行顺序(初始化列表先于构造函数体执行)。 - 引用[2]:强调了const成员变量必须在初始化列表中进行初始化。 - 引用[3]:展示了列表初始化对基础类型和指针类型的值初始化(如`int j{};`初始化为0,`int* q{};`初始化为nullptr)。 - 引用[4]:指出const成员、引用成员以及没有默认构造函数的对象成员必须在初始化列表中初始化。 - 引用[5]:给出了初始化列表在构造函数中初始化的示例。 总结区别: 1. **语法位置不同**: - 初始化列表:在构造函数的参数列表之后,函数体之前。 - 列表初始化:在变量声明时使用花括号`{}`。 2. **用途不同**: - 初始化列表:用于在构造函数中初始化成员变量。 - 列表初始化:是一种通用的初始化方式,可用于各种类型的初始化(包括基本类型、类类型、容器等)。 3. **强制使用场景**: - 初始化列表:对于const成员、引用成员、没有默认构造函数的类类型成员,必须使用初始化列表。 - 列表初始化:没有必须使用的场景,但推荐使用,因为它更安全(防止窄化转换)和统一。 4. **执行时机**: - 初始化列表:在构造函数体执行之前执行。 - 列表初始化:在对象创建时执行。 示例代码说明: - 初始化列表的示例(来自引用[5]): ```cpp class Person { public: // 初始化列表方式初始化 Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {} private: int m_A; int m_B; int m_C; }; ``` - 列表初始化的示例(来自引用[3]): ```cpp int j{}; // 初始化为0 int* q{}; // 初始化为nullptr std::vector<int> v{1,2,3}; // 使用initializer_list构造 ``` 同时,在构造函数中,我们也可以混合使用初始化列表和列表初始化(在初始化列表中使用花括号来初始化成员): ```cpp class Container { std::vector<int> data; public: Container() : data{1,2,3} { // 这里在初始化列表中使用了列表初始化来初始化成员data // ... } }; ``` 因此,虽然两者都包含“初始化列表”的字样,但它们是不同的概念,分别用于不同的上下文。 相关问题: 1. 为什么在C++11中引入列表初始化? 2. 在哪些情况下必须使用成员初始化列表? 3. 如何避免在成员初始化列表中因初始化顺序导致的错误? 4. 列表初始化在调用构造函数时的匹配规则是什么? 5. 值初始化、默认初始化和列表初始化之间的关系是什么?</think>在C++中,"初始化列表"(Member Initializer List)和"列表初始化"(List Initialization)是两个完全不同的概念,以下是它们的核心区别及原理详解: --- ### 一、初始化列表(Member Initializer List) #### 定义与语法 在**构造函数**中使用冒号`:`引导的成员初始化语法: ```cpp class MyClass { int a; const int b; public: // 初始化列表 MyClass(int x) : a(x), b(42) { /* 构造函数体 */ } }; ``` #### 核心特性 1. **执行时机** 在构造函数体**之前**执行(通过引用[1]的测试代码验证): ```cpp TestSequence() :out(cout << "初始化列表" << endl) { cout << "函数体" << endl; } // 输出顺序:先"初始化列表",后"函数体" ``` 2. **强制使用场景**(引用[2][4]) - `const`成员变量(必须在初始化列表初始化) - 引用成员变量 - 无默认构造函数的类成员 ```cpp class Animal { public: Animal(int); // 无默认构造函数 }; class Dog { const int id; // const成员 Animal &pet; // 引用成员 Animal animal; // 无默认构造 public: Dog(int i, Animal& a) : id(i), pet(a), animal(5) {} // 必须用初始化列表 }; ``` 3. **初始化顺序** 由成员**声明顺序**决定(非初始化列表书写顺序): ```cpp class Test { int a = b; // 错误!b未初始化 int b; public: Test(int x) : b(x), a(b) {} // 实际先初始化a(未定义行为) }; ``` 4. **效率优势** 避免"先默认构造再赋值"的开销(引用[5]): ```cpp // 低效写法(构造函数体内赋值): Person() { m_A=1; m_B=2; } // 先默认构造,再赋值 // 高效写法(初始化列表): Person() : m_A(1), m_B(2) {} // 直接构造 ``` --- ### 二、列表初始化(List Initialization) #### 定义与语法 C++11引入的**统一初始化语法**,使用花括号`{}`: ```cpp int x{5}; // 基本类型 std::vector<int> v{1,2,3}; // 容器 Point p{10,20}; // 自定义类 ``` #### 核心特性 1. **窄化转换检查**(引用[3]) 禁止不安全类型转换: ```cpp int a{5.0}; // 编译错误!double→int窄化转换 ``` 2. **值初始化机制**(引用[3]) 空花括号触发零值初始化: ```cpp int i{}; // i=0 int* p{}; // p=nullptr ``` 3. **初始化优先级** - 优先匹配`std::initializer_list`构造函数 - 若无,则匹配其他构造函数 ```cpp std::vector<int> v1{5,0}; // 调用initializer_list构造:{5,0} std::vector<int> v2(5,0); // 调用普通构造:5个0 ``` 4. **解决经典问题** 消除"最令人烦恼的解析": ```cpp Time t1(); // 函数声明(歧义) Time t2{}; // 明确对象初始化 ``` --- ### 三、核心区别总结 | 特性 | 初始化列表 (Member Initializer List) | 列表初始化 (List Initialization) | |---------------------|-------------------------------------------|--------------------------------------| | **语法位置** | 构造函数内(`: a(5), b{10}`) | 变量声明处(`int x{5};`) | | **本质** | 构造函数的一部分 | 对象初始化语法 | | **主要作用** | 高效初始化类成员变量 | 统一初始化方式,防止窄化转换 | | **强制使用场景** | const成员、引用成员、无默认构造的成员[^2] | 无 | | **执行时机** | 构造函数体执行前[^1] | 对象创建时 | | **典型错误防范** | 未初始化成员 | 窄化转换、歧义解析 | --- ### 四、关键示例 ```cpp #include <vector> class Item { int id; public: Item(int i) : id(i) {} // 初始化列表 }; class Container { const int ver; // const成员(必须用初始化列表) Item item; // 无默认构造(必须用初始化列表) std::vector<int> data; public: // 混合使用两种技术 Container(int v) : ver(v), // 初始化列表 item{v}, // 初始化列表 + 列表初始化 data{1,2,3} // 列表初始化 {} }; int main() { Container c{2024}; // 列表初始化对象 } ``` > 此例说明: > 1. `Container c{2024}` → **列表初始化**(对象创建) > 2. `: ver(v), item{v}, data{1,2,3}` → **初始化列表**(成员初始化) --- ### 五、最佳实践 1. **优先使用列表初始化** ```cpp int x{5}; // 替代 int x(5); std::vector<int> v{1,2}; // 替代 v(1,2) ``` 2. **类成员必用初始化列表** 尤其对`const`、引用、无默认构造成员[^2][^4] 3. **空花括号用于值初始化** ```cpp int* ptr{}; // 初始化为nullptr ``` 4. **警惕初始化顺序** 成员声明顺序应与初始化需求一致[^5] > 通过理解两者设计意图(初始化列表侧重构造效率,列表初始化侧重语法统一与安全),可写出更健壮的C++代码[^1][^3]。
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