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C++11 帶來的新特性 (2)—— 統一初始化(Uniform Initialization)

1 統一初始化(Uniform Initialization)

在C++ 11之前,所有物件的初始化方式是不同的,經常讓寫程式碼的我們感到困惑。C++ 11努力創造一個統一的初始化方式。
其語法是使用{}和std::initializer_list ,先看示例。

    int values[]{ 1, 2, 3 };
    std::vector<int> v{ 2, 3, 6, 7 };
    std::vector<std::string> cities{
        "Berlin", "New York", "London",  "Braunschweig"
    };
    std::comples<double> c{4.0, 3.0}; //等價於 c(4.0, 3.0)
    auto ar = { 1, 2, 3 };  // ar 是一個std::initializer_list<int>型別

    std::vector<int> v = { 1, 2, 3 };
    std::list<int> l = { 1, 2, 3 };
    std::set<int> s = { 1, 2, 3 };
    std::map<int, std::string> m = { {1, "a"}, {2, "b"} };

2 原理

針對形如"{ 1, 2, 3 }"的引數列表,系統會首先自動呼叫引數初始化(value initialization),將其轉換成一個std::initializer_list ,它將用於對變數(可能是簡單型別,或者物件型別)初始化。比如"{ 1, 2, 3 }"會首先生成一個std::initializer_list ,然後用於生成一個int陣列values。c{4.0, 3.0}會生成一個std::initializer_list ,然後呼叫std::comples 類的建構函式std::comples (double,double)。
我們通過一個例子來分析具體細節:

    std::vector<int> v{ 2, 3, 6, 7 };
  • 首先,將引數列表{ 2, 3, 6, 7 }轉換成std::initializer_list
    從stl原始碼中可以看出initializer_list的帶引數建構函式是個私有函式,它只能由編譯器呼叫。
    private:
      iterator          _M_array;
      size_type         _M_len;

      // The compiler can call a private constructor.
      constexpr initializer_list(const_iterator __a, size_type __l)
      : _M_array(__a), _M_len(__l) { }
  • 其次,使用std::initializer_list 物件來初始化std::vector 類的建構函式。下面是建構函式原始碼。
      vector(initializer_list<value_type> __l,
         const allocator_type& __a = allocator_type())
      : _Base(__a)
      {
    _M_range_initialize(__l.begin(), __l.end(),
                random_access_iterator_tag());
      }

3 未賦值的初始化

如果使用了std::initializer_list ,但是沒有指定引數值,結果會怎樣?直接看示例。

    int i;      //i值未定義
    int j{};    //j=0
    int *p;     //p值未定義
    int *q{};   //q=nullptr

4 在建構函式中顯示使用std::initializer_list

我們可以在建構函式中主動使用std::initializer_list ,這時外部呼叫{}初始化時,會優先呼叫包含std::initializer_list 引數的建構函式。請看下例子。

    class P
    {
    public:
        P(int, int){std::cout<<"call P::P(int,int)"<<std::endl;}
        P(std::initializer_list<int>){
            std::cout<<"call P::P(initializer_list)"<<std::endl;
        }
    };
    P p(77,5);     // call P::P(int,int)
    P q{77,5};     // call P::P(initializer_list)
    P r{77,5,42};  // call P::P(initializer_list)
    P s = {77, 5}; // call P::P(initializer_list)

5 拒絕隱式呼叫建構函式

我們知道,C++會先使用{}中的引數生成一個std::initializer_list 物件,然後呼叫賦值物件的建構函式。
有一種特殊情形,我們如果希望物件的某個建構函式必須要被顯示呼叫,如何做到呢?向其中新增一個explicit關鍵字。在stl庫中出現大量的這種使用方式。請看下例:

    class P
    {
      public:
        P(int a, int b){...}
        explicit P(int a, int b, int c){...}
    };

    P x(77,5);    //OK
    P y{77,5);    //OK
    P z{77,5,42}; //OK
    p v = {77,5}; //OK,(implicit type conversion allowed)
    P w = {77,5,42};//Error,必須要顯示呼叫該建構函式

    void fp(const P&);
    
    fp({47,11});    //OK
    fp({47,11,3});  //Error
    fp(P{47,11});   //OK
    fp(P{47,11,3}); //OK

6 侷限 —— Narrowing Initializations

統一初始化用起來很舒爽,那它有什麼侷限呢?
有,在一種場景下無法使用,那就是Narrowing Initializations。
Narrowing Initializations,我翻譯為“精度截斷”。比如float轉換為int,double轉換為float。統一初始化,完全不允許精度階段的發生,更進一步,要求引數列表中的所有引數的精度一樣。請看以下示例。

    int x1(5.3);    //OK, x1 = 5.3
    int x3{5.0};    //Error
    int x4 = {5.3}; //Error
    char c1{7};     //OK
    char c2{99999}; //Error
    std::vector<int> v1{ 1, 2, 4, 5};    //OK
    std::vector<int> v2{ 1, 2,3, 4, 5.6};//Error

但是如果實際工程允許精度截斷的發生,那麼我們應該怎麼完成初始化。可以使用()來完成初始化,它會呼叫賦值操作或者相應的建構函式。

    int x3{5.0};    //Error
    int x2(5.2);    //OK, x2 = 5