C++11中列表初始化机制的概念与实例详解

概述

定义：列表初始化是C++11引入的新标准，目的是统一初始化方式

C++11以前只能使用列表初始化来初始化内置类型数组和POD类型对象，C++11中列表初始化可以用于初始化任何类型对象

POD（plain old data）类型：仅由内置类型变量构成且不含指针的类，简单来说是可以直接使用memcpy复制的对象
聚合体（aggregate）：聚合体一定是POD类型
- 无自定义构造函数
- 无私有或保护的非静态数据成员（静态成员与单独对象无关，故不影响初始化）
- 无基类
- 无虚函数
- 无类内已经初始化的非静态数据成员

注意：区分列表初始化和初始化列表

列表初始化：用{}进行初始化的方式

初始化列表：构造函数体前对对象成员直接进行初始化的列表

initializer_list：一种用于未定参数的轻量STL容器

实现机制详解

对内置类型对象、POD对象和类对象的列表初始化实现细节是不同的

POD类型的列表初始化

此处POD类型包括：内置类型、聚合体类
内置类型数组按照顺序初始化
- C++11标准中列表初始化会防止可能导致潜在信息丢失的类型缩小（即不能像赋值一样将大类型如int隐式转换成小类型如char）
聚合体类按照成员定义顺序依次初始化

含有构造函数的类的列表初始化（C++11）

通过{}进行初始化和()结果一致【即通过()调用构造函数的地方都可以完全等价地用{}代替】，都是直接用括号内的值调用对应构造函数直接初始化对象，并不会先生成临时对象再拷贝
={}与{}是等价的语法【即加不加=对初始化行为没有影响】，均不会调用拷贝运算符或拷贝构造函数
与内置类型的列表初始化一致，C++11的列表初始化只能用于初始化，不能用于已初始化对象的赋值
实际机制猜想：传递的实际参数为initializer_list类型，通过匹配重载函数实现调用【我不知道怎么验证这个过程，求大佬解答】

列表初始化用于函数返回值

在返回值类型为对象（不能是对象的引用）的函数中可以返回{}的列表初始化
{}返回值的实际类型为initiallizer list（但不能声明为std::initializer_list），相当于返回构造函数的表达式，因此类型不能是对象的引用

引入std::initializer_list

initializer_list为一个轻量级STL模板，声明在头文件<initializer_list>中，定义在命名空间std中
任意的STL容器都与未指定长度的数组有一样的初始化能力，可以填入任何数量的同类型数据，因此可以用STL容器轻易对固定类型的类进行赋值
initializer_list是一个轻量级的模板，可以接受任意长度的同类型的数据也就是接受可变长参数，同时作为STL容器它具有STL容器的共同特征（如迭代器）
- 只有三个成员接口：begin() end() size()
- 只能被整体的初始化和赋值，迭代器遍历的数据仅可读，不能对单个数据进行修改
所有{}对象都是隐式创建的std::initializer_list类型字面量（右值），广泛用于实现列表初始化（不需要头文件）

代码验证

class testClass
{
private:
	int a;
	int b;
public:
	testClass() :a(0), b(0) {
		cout << "default init\n";
	}
	testClass(int a) :a(a), b(a) {
		cout << "sing-val init\n";
	}
	testClass(int a, int b) :a(a), b(b) {
		cout << "val init\n";
	}
	testClass(testClass& temp) :a(temp.a), b(temp.b) {
		cout << "copy init\n";
	}
	testClass& operator=(testClass& temp) {
		//testClass& newobj = *this;
		a = temp.a;
		b = temp.b;
		cout << "copy assign\n";
		return *this;
	}
	testClass& operator=(int x) {
		a = x;
		b = x;
		cout << "int-convert assign\n";
		//testClass& newobj = *this;
		return *this;
	}
	testClass& operator++() {
		a++;
		b++;
	}
	void printVal(ostream& os) {
		os << "a=" << a << "\n";
		os << "b=" << b << "\n";
	}
};
using tc = testClass;
tc& makeObj(int x, int y)
{
	return { x,y };
}
int main()
{
	tc a(1, 1); //val init
	tc b{ 1,1 }; //val init
	tc c = { 1,1 }; //val init
	tc d = tc{ 1,1 }; //val init
	cout << endl;
	tc* e = new tc[2]; //default init *2
	cout << endl;
	tc* f = new tc[3]{ {1,1},{2,2},{3,3} }; //val init *3
	cout << endl;
	tc* g = new tc[5]{ {1,1},{1} }; // val init + sing-val init + default init *3
	cout << endl;
	cout << "testing return val of init_list\n";
	tc h = makeObj(2, 2); //val init
	tc i = h; //copy init
	i = d; //copy assign
	i.printVal(cout);
	return 0;
}

以下为运行截图

列表初始化测试

添加initializer_list为参数的构造函数后

testClass::testClass(initializer_list<int> list) :a(0), b(0)
{
	int ab = 1;
	for (auto it = list.begin(); it != list.end(); it++)
	{
		if (ab)
			a += *it;
		else
			b += *it;
	}
	cout << "init_list init\n";
}
 
int main()
{
	tc a(1, 1); //val init
	tc b{ 1,1 }; //val init
	tc c = { 1,1 }; //val init
	tc d = tc{ 1,1 }; //val init
	cout << endl;
	tc* e = new tc[2]; //default init *2
	cout << endl;
	tc* f = new tc[3]{ {1,1},{2,2},{3,3} }; //val init *3
	cout << endl;
	tc* g = new tc[5]{ {1,1},{1} }; // val init + sing-val init + default init *3
	cout << endl;
	cout << "testing return val of init_list\n";
	tc h = makeObj(2, 2); //val init
	tc i = h; //copy init
	i = d; //copy assign
	i.printVal(cout);
	cout << endl;
	cout << "testing argument init_list\n";
	tc j = { 1,2,3,4,5,6 };
	tc k = { 9 };
	return 0;
}

以下为运行截图

添加init_list后测试截图

由此可见所有列表初始化都调用了含有initializer_list为参数的构造函数，证实了列表初始化是基于隐式转换并以initializer_list为底层实现的构想

应用

在声明时直接初始化堆上分配的对象（数组）
- 类：可以显式指定使用的构造函数（默认会执行无参数的构造函数）
- 内置类型：可以在分配时直接指定值
在函数返回对象时避免自动存储期对象销毁的问题
手动调用std::initializer_list实现可变参数初始化

列表初始化防止类型收窄

C++11的列表初始化还有一个额外的功能就是可以防止类型收窄，也就是C++98/03中的隐式类型转换，将范围大的转换为范围小的表示，在C++98/03中类型收窄并不会编译出错，而在C++11中，使用列表初始化的类型收窄编译将会报错：

int a = 1.1; //OK
int b{ 1.1 }; //error
 
float f1 = 1e40; //OK
float f2{ 1e40 }; //error
 
const int x = 1024, y = 1;
char c = x; //OK
char d{ x };//error
char e = y;//error
char f{ y };//error

总结

列表初始化通过C++11引入的initializer_list容器实现了初始化方式的统一，可以看作一种语法糖

初始化类对象时，通过()调用构造函数的地方都可以完全等价地用{}代替

={}不会生成临时对象再拷贝初始化

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