完全掌握C++编程中构造函数使用的超级学习教程

来源：本站原创|时间：2020-01-10|栏目：C语言|点击：次

构造函数是一种可初始化其类的实例的成员函数。构造函数具有与类相同的名称，没有返回值。构造函数可以具有任意数量的参数，类可以具有任意数量的重载构造函数。构造函数可以具有任何可访问性（公共、受保护或私有）。如果未定义任何构造函数，则编译器会生成不采用任何参数的默认构造函数；可以通过将默认构造函数声明为已删除来重写此行为。
构造函数顺序
构造函数按此顺序执行工作：
按声明顺序调用基类和成员构造函数。
如果类派生自虚拟基类，则会将对象的虚拟基指针初始化。
如果类具有或继承了虚函数，则会将对象的虚函数指针初始化。虚函数指针指向类中的虚函数表，确保虚函数正确地调用绑定代码。
它执行自己函数体中的所有代码。
下面的示例显示，在派生类的构造函数中，基类和成员构造函数的调用顺序。首先，调用基构造函数，然后按照基类成员在类声明中出现的顺序对这些成员进行初始化，然后，调用派生构造函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class Contained1 {
public:
  Contained1() {
    cout << "Contained1 constructor." << endl;
  }
};

class Contained2 {
public:
  Contained2() {
    cout << "Contained2 constructor." << endl;
  }
};

class Contained3 {
public:
  Contained3() {
    cout << "Contained3 constructor." << endl;
  }
};

class BaseContainer {
public:
  BaseContainer() {
    cout << "BaseContainer constructor." << endl;
  }
private:
  Contained1 c1;
  Contained2 c2;
};

class DerivedContainer : public BaseContainer {
public:
  DerivedContainer() : BaseContainer() {
    cout << "DerivedContainer constructor." << endl;
  }
private:
  Contained3 c3;
};

int main() {
  DerivedContainer dc;
  int x = 3;
}

这是输出：

Contained1 constructor.
Contained2 constructor.
BaseContainer constructor.
Contained3 constructor.
DerivedContainer constructor.

如果构造函数引发异常，析构的顺序与构造的顺序相反：
构造函数主体中的代码将展开。
基类和成员对象将被销毁，顺序与声明顺序相反。
如果是非委托构造函数，所有完全构造的基类对象和成员均将被销毁。但是，对象本身不是完全构造的，因此析构函数不会运行。
成员列表
使用成员初始值设定项列表从构造函数参数初始化类成员。此方法使用直接初始化，这比在构造函数体内使用赋值运算符更高效。

class Box {
public:
  Box(int width, int length, int height) 
    : m_width(width), m_length(length), m_height(height) // member init list
  {}
  int Volume() {return m_width * m_length * m_height; }
private:
  int m_width;
  int m_length;
  int m_height;

};

创建 Box 对象：

Box b(42, 21, 12);
cout << "The volume is " << b.Volume();

显式构造函数
如果类具有带一个参数的构造函数，或是如果除了一个参数之外的所有参数都具有默认值，则参数类型可以隐式转换为类类型。例如，如果 Box 类具有一个类似于下面这样的构造函数：

Box(int size): m_width(size), m_length(size), m_height(size){}

可以初始化 Box，如下所示：

Box b = 42;

或将一个 int 传递给采用 Box 的函数：

class ShippingOrder
{
public:
  ShippingOrder(Box b, double postage) : m_box(b), m_postage(postage){}

private:
  Box m_box;
  double m_postage;
}
//elsewhere...
  ShippingOrder so(42, 10.8);

这类转换可能在某些情况下很有用，但更常见的是，它们可能会导致代码中发生细微但严重的错误。作为一般规则，应对构造函数使用 explicit 关键字（和用户定义的运算符）以防止出现这种隐式类型转换：

explicit Box(int size): m_width(size), m_length(size), m_height(size){}

构造函数是显式函数时，此行会导致编译器错误：ShippingOrder so(42, 10.8);。
默认构造函数
默认构造函数没有参数；它们遵循略有不同的规则：
默认构造函数是一个特殊成员函数；如果没有在类中声明构造函数，则编译器会提供默认构造函数：

class Box {
  Box(int width, int length, int height) 
    : m_width(width), m_length(length), m_height(height){}
};

int main(){

  Box box1{}; // call compiler-generated default ctor
  Box box2;  // call compiler-generated default ctor
}

当你调用默认构造函数并尝试使用括号时，系统将发出警告：

class myclass{};
int main(){
myclass mc();   // warning C4930: prototyped function not called (was a variable definition intended?)
}

这是“最棘手的解析”问题的示例。这种示例表达式既可以解释为函数的声明，也可以解释为对默认构造函数的调用，而且 C++ 分析器更偏向于声明，因此表达式会被视为函数声明。
如果声明了任何非默认构造函数，编译器不会提供默认构造函数：

class Box {
  Box(int width, int length, int height) 
    : m_width(width), m_length(length), m_height(height){}
};
private:
  int m_width;
  int m_length;
  int m_height;

};

int main(){

  Box box1(1, 2, 3);
  Box box2{ 2, 3, 4 };
  Box box4;   // compiler error C2512: no appropriate default constructor available
}

如果类没有默认构造函数，将无法通过单独使用方括号语法来构造该类的对象数组。例如，在前面提到的代码块中，框的数组无法进行如下声明：

Box boxes[3];  // compiler error C2512: no appropriate default constructor available

但是，你可以使用初始值设定项列表将框的数组初始化：

Box boxes[3]{ { 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6 }, { 7, 8, 9 } };

复制和移动构造函数
复制构造函数是特殊成员函数，它采用对相同类型对象的引用作为输入，并创建它的副本。移动也是特殊成员函数构造函数，它将现有对象的所有权移交给新变量，而不复制原始数据。

显式默认构造函数和已删除构造函数
你可以显式设置默认复制构造函数、设置默认构造函数、移动构造函数、复制赋值运算符、移动赋值运算符和析构函数。你可以显式删除所有特殊成员函数。
派生类中的构造函数
派生类构造函数始终调用基类构造函数，因此，在完成任何额外任务之前，它可以依赖于完全构造的基类。调用基类构造函数进行派生，例如，如果 ClassA 派生自 ClassB，ClassB 派生自 ClassC，那么首先调用 ClassC 构造函数，然后调用 ClassB 构造函数，最后调用 ClassA 构造函数。
如果基类没有默认构造函数，则必须在派生类构造函数中提供基类构造函数参数：

class Box {
public:
  Box(int width, int length, int height){
    m_width = width;
    m_length = length;
    m_height = height;
  }

private:
  int m_width;
  int m_length;
  int m_height;
};

class StorageBox : public Box {
public:
  StorageBox(int width, int length, int height, const string label&) : Box(width, length, height){
    m_label = label;
  }
private:
  string m_label;
};

int main(){

  const string aLabel = "aLabel";
  StorageBox sb(1, 2, 3, aLabel);
}

具有多重继承的类的构造函数
如果类从多个基类派生，那么将按照派生类声明中列出的顺序调用基类构造函数：

#include <iostream>
using namespace std;

class BaseClass1 {
public:
  BaseClass1() {
    cout << "BaseClass1 constructor." << endl;
  }
};
class BaseClass2 {
public:
  BaseClass2() {
    cout << "BaseClass2 constructor." << endl;
  }
};
class BaseClass3{
public:
  BaseClass3() {
    cout << "BaseClass3 constructor." << endl;
  }
};
class DerivedClass : public BaseClass1, public BaseClass2, public BaseClass3 {
public:
  DerivedClass() {
    cout << "DerivedClass constructor." << endl;
  }
};

int main() {
  DerivedClass dc;
}

你应看到以下输出：

BaseClass1 constructor.
BaseClass2 constructor.
BaseClass3 constructor.
DerivedClass constructor.

构造函数中的虚函数
我们建议你谨慎调用构造函数中的虚函数。基类构造函数始终在派生类构造函数之前调用，因此基构造函数中调用的函数是基类版本，而非派生类版本。在下面的示例中，构造 DerivedClass 会导致执行 BaseClass 的 print_it() 实现早于 DerivedClass 构造函数导致执行 DerivedClass 的 print_it() 实现：

#include <iostream>
using namespace std;

class BaseClass{
public:
  BaseClass(){
    print_it();
  }
  virtual void print_it() {
    cout << "BaseClass print_it" << endl;
  }
};

class DerivedClass : public BaseClass {
public:
  DerivedClass() {
    print_it();
  }
  virtual void print_it(){
    cout << "Derived Class print_it" << endl;
  }
};

int main() {

  DerivedClass dc;
}

这是输出：

BaseClass print_it
Derived Class print_it

构造函数和复合类
包含类类型成员的类称为“复合类”。创建复合类的类类型成员时，调用类自己的构造函数之前，先调用构造函数。当包含的类没有默认构造函数是，必须使用复合类构造函数中的初始化列表。在之前的 StorageBox 示例中，如果将 m_label 成员变量的类型更改为新的 Label 类，则必须调用基类构造函数，并且将 m_label 变量（位于 StorageBox 构造函数中）初始化：

class Label {
public:
  Label(const string& name, const string& address) { m_name = name; m_address = address; }
  string m_name;
  string m_address;
};

class StorageBox : public Box {
public:
  StorageBox(int width, int length, int height, Label label) 
    : Box(width, length, height), m_label(label){}
private:
  Label m_label;
};

int main(){
// passing a named Label
  Label label1{ "some_name", "some_address" };
  StorageBox sb1(1, 2, 3, label1);

  // passing a temporary label
  StorageBox sb2(3, 4, 5, Label{ "another name", "another address" });

  // passing a temporary label as an initializer list
  StorageBox sb3(1, 2, 3, {"myname", "myaddress"});
}

委托构造函数
委托构造函数调用同一类中的其他构造函数，完成部分初始化工作。在下面的示例中，派生类具有三个构造函数，第二个构造函数委托第一个，第三个构造函数委托第二个：

#include <iostream>
using namespace std;

class ConstructorDestructor {
public:
  ConstructorDestructor() {
    cout << "ConstructorDestructor default constructor." << endl;
  }
  ConstructorDestructor(int int1) {
    cout << "ConstructorDestructor constructor with 1 int." << endl;
  }
  ConstructorDestructor(int int1, int int2) : ConstructorDestructor(int1) {
    cout << "ConstructorDestructor constructor with 2 ints." << endl;

    throw exception();
  }
  ConstructorDestructor(int int1, int int2, int int3) : ConstructorDestructor(int1, int2) {
    cout << "ConstructorDestructor constructor with 3 ints." << endl;
  }
  ~ConstructorDestructor() {
    cout << "ConstructorDestructor destructor." << endl;
  }
};

int main() {
  ConstructorDestructor dc(1, 2, 3);
}

这是输出：

ConstructorDestructor constructor with 1 int.
ConstructorDestructor constructor with 2 ints.
ConstructorDestructor constructor with 3 ints.

所有构造函数完成后，完全初始化的构造函数将立即创建对象。 DerivedContainer(int int1) 成功，但是 DerivedContainer(int int1, int int2) 失败，并调用析构函数。

class ConstructorDestructor {
public:
  ConstructorDestructor() {
    cout << "ConstructorDestructor default constructor." << endl;
  }
  ConstructorDestructor(int int1) {
    cout << "ConstructorDestructor constructor with 1 int." << endl;
  }
  ConstructorDestructor(int int1, int int2) : ConstructorDestructor(int1) {
    cout << "ConstructorDestructor constructor with 2 ints." << endl;
    throw exception();
  }
  ConstructorDestructor(int int1, int int2, int int3) : ConstructorDestructor(int1, int2) {
    cout << "ConstructorDestructor constructor with 3 ints." << endl;
  }

  ~ConstructorDestructor() {
    cout << "ConstructorDestructor destructor." << endl;
  }
};

int main() {

  try {
    ConstructorDestructor cd{ 1, 2, 3 };
  }
  catch (const exception& ex){
  }
}

输出：

ConstructorDestructor constructor with 1 int.
ConstructorDestructor constructor with 2 ints.
ConstructorDestructor destructor.

继承构造函数 (C++11)
派生类可以使用 using 声明从直接基类继承构造函数，如下面的示例所示：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:  
  Base() { cout << "Base()" << endl; }
  Base(const Base& other) { cout << "Base(Base&)" << endl; }
  explicit Base(int i) : num(i) { cout << "Base(int)" << endl; }
  explicit Base(char c) : letter(c) { cout << "Base(char)" << endl; }

private:
  int num;
  char letter;
};

class Derived : Base
{
public:
  // Inherit all constructors from Base
  using Base::Base;

private:
  // Can't initialize newMember from Base constructors.
  int newMember{ 0 };
};


int main(int argc, char argv[])
{
  cout << "Derived d1(5) calls: "; 
  Derived d1(5);
  cout << "Derived d1('c') calls: ";
  Derived d2('c');
  cout << "Derived d3 = d2 calls: " ;
  Derived d3 = d2;
  cout << "Derived d4 calls: ";
  Derived d4; 

  // Keep console open in debug mode:
  cout << endl << "Press Enter to exit.";
  char in[1];
  cin.getline(in, 1);
  return 0;
}

输出：

Derived d1(5) calls: Base(int)
Derived d1('c') calls: Base(char)
Derived d3 = d2 calls: Base(Base&)
Derived d4 calls: Base()
Press Enter to exit.

using 语句可将来自基类的所有构造函数引入范围（除了签名与派生类中的构造函数相同的构造函数）。一般而言，当派生类未声明新数据成员或构造函数时，最好使用继承构造函数。
如果类型指定基类，则类模板可以从类型参数继承所有构造函数：

template< typename T >
class Derived : T {
  using T::T;  // declare the constructors from T
  // ...
};

如果基类的构造函数具有相同签名，则派生类无法从多个基类继承。
声明构造函数的规则
构造函数与它的类的名称相同。可以声明任意数量的构造函数，这取决于重载函数的规则。

argument-declaration-list 可能为空。
C++ 定义两种特殊的构造函数（默认构造函数和复制构造函数），如下表所述。

默认构造函数和复制构造函数

默认构造函数可在没有参数的情况下调用。但是，如果所有参数都有默认值，则可以用参数列表声明默认构造函数。同样，复制构造函数必须接受对相同类类型的引用的单一参数。可以提供多个参数，前提是所有后续参数都有默认值。
如果未提供任何构造函数，则编译器将尝试生成默认构造函数。如果未提供复制构造函数，则编译器将尝试生成一个。这些编译器生成的构造函数被视为公共成员函数。如果使用属于对象但不属于引用的第一个参数指定复制构造函数，则将生成错误。
编译器生成的默认构造函数将设置对象（如上文所述，初始化 vftables 和 vbtables），并调用基类和成员的默认构造函数，但是它不执行任何其他操作。仅当基类和成员构造函数存在、可访问并且无歧义时才会调用它们。
编译器生成的复制构造函数将设置新的对象，并对要复制的对象的内容按成员复制。如果基类或成员构造函数存在，则将调用它们；否则将执行按位复制。
如果类 type 的所有基类和成员类均具有接受 const 参数的复制构造函数，则编译器生成的复制构造函数将接受 const type& 类型的单个参数。否则，编译器生成的复制构造函数将接受 type& 类型的单个参数。
您可以使用构造函数初始化 const 或 volatile 对象，但是，构造函数本身不能声明为 const 或 volatile。构造函数的唯一合法存储类是 inline；将任何其他存储类修饰符（包括 __declspec 关键字）与构造函数一起使用将导致编译器错误。
stdcall 调用约定用于使用 __stdcall 关键字声明的静态成员函数和全局函数，且不使用变量参数列表。对非静态成员函数（如构造函数）使用 __stdcall 关键字时，编译器将使用 thiscall 调用约定。
基类的构造函数不由派生类继承。创建派生类类型的对象时，该对象将从基类组件开始进行构造；然后移到派生类组件。由于整个对象有一部分已初始化，因此编译器使用每个基类的构造函数（虚拟派生的情况除外，如初始化基类中所述）。
显式调用构造函数
可以在程序中显式调用构造函数来创建给定类型的对象。例如，若要创建描述某行末尾的两个 Point 对象，请编写以下代码：

DrawLine( Point( 13, 22 ), Point( 87, 91 ) );

创建类型 Point 的两个对象，将其传递给函数 DrawLine，并在表达式（函数调用）的末尾将其销毁。
在其中显式调用构造函数的另一个上下文正在进行初始化：

Point pt = Point( 7, 11 );

使用接受类型为 Point 的两个参数的构造函数来创建和初始化类型为 int 的对象。
通过显式调用构造函数创建的对象（如上面的两个示例）未进行命名，并且该对象具有在其中创建它们的表达式的生存期。临时对象中更详细地讨论了这一点。
通常，从构造函数的内部调用所有成员函数是安全的，因为该对象在用户代码的第一行执行之前已完全设置（已初始化虚拟表等）。但是，在构造或析构期间，成员函数调用抽象基类的虚拟成员函数可能是不安全的。
构造函数可以调用虚函数。调用虚函数时，调用的函数将是为构造函数自己的类定义的函数（或从其基类继承）。以下示例演示从构造函数的内部调用虚函数时发生的情况：

// specl_calling_virtual_functions.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>

using namespace std;
class Base
{
public:
  Base();       // Default constructor.
  virtual void f();  // Virtual member function.
};

Base::Base()
{
  cout << "Constructing Base sub-object\n";
  f();        // Call virtual member function
}            // from inside constructor.

void Base::f()
{
  cout << "Called Base::f()\n";
}

class Derived : public Base
{
public:
  Derived();     // Default constructor.
  void f();      // Implementation of virtual
};           // function f for this class.

Derived::Derived()
{
  cout << "Constructing Derived object\n";
}

void Derived::f()
{
  cout << "Called Derived::f()\n";
}

int main()
{
  Derived d;
}

在运行前面的程序时，声明 Derived d 将产生以下事件序列：
调用类 Derived (Derived::Derived) 的构造函数。
在输入 Derived 类的构造函数的主体之前，调用类 Base (Base::Base) 的构造函数。
Base::Base 调用函数 f，该函数是一个虚函数。通常，将调用 Derived::f，因为对象 d 属于类型 Derived。由于 Base::Base 函数是构造函数，因此该对象不属于 Derived 类型，并且将调用 Base::f。

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