数据抽象和类 Ⅳ

对象成员初始化

非静态数据成员初始化方法：

在构造函数的成员 初始化器列表 中。（C++11）
通过 默认成员初始化器 ，它是成员声明中包含的 花括号或等号初始化器。（C++11）
构造函数体内进行赋值操作。（不要构造成员，除非特别熟悉 new 的用法）

为什么需要初始化器列表和默认成员初始化器？

对象初始化分两个阶段：先按声明顺序初始化成员、然后执行构造函数函数体；
对于复杂对象成员，如 std::string name，必须先构造才能在构造函数中赋值。这会导致构造函数必须先构造一个 string 中间变量才能赋值给 name；
对于引用类型成员，const 成员需要预初始化；
对象成员初始化需要参数。

为了提升初始化性能，C++ 引入了默认成员初始化器和初始化器列表

语法

与其他函数不同，构造函数除了有名字，参数列表和函数体之外，还可以有初始化器列表，初始化器列表以冒号开头，后跟一系列以逗号分隔的成员初始化器。

1	Date(int y, int m) : year(y), month(m) {}

要点

必须使用初始化器列表的时候

除了性能问题之外，有些时候初始化器列表是不可或缺的.以下几种情况时必须使用初始化器列表：

常量成员，因为常量只能初始化不能赋值，所以必须放在初始化器列表里面
引用类型，引用必须在定义的时候初始化，并且不能重新赋值，所以也要使用初始化器
没有默认构造函数的类类型（class type），因为使用初始化器列表可以不必调用无参构造函数来初始化，而是直接用其他构造函数初始化

成员变量声明的顺序

成员是按照他们在类中声明的顺序进行初始化的，而不是按照他们在初始化器列表出现的顺序初始化的

1 2	foo(int x) : i(x), j(i) {} // 先初始化i，后初始化j

一个好的习惯是，按照成员声明的顺序进行初始化

示例

/*member initialization*/
struct S {

  int n;
  // 非静态数据成员
  int& r = n;
  // 引用类型的非静态数据成员; =默认构造
  int a[2] = {1, 2};
  // 带默认成员初始化器的非静态数据成员（C++11）
  string s{'H','C'};
  // 带默认成员初始化器

  struct nestedS  {
    string s;
    nestedS(std::string s = "hello") : s(s) {};
  } d5;
  // 具有嵌套类型的非静态数据成员
 
  const char bit : 2;
  // 2 位的位域, const初始化
  
  S() : n(7), bit(3) {}
  // " : n(7), bit(3)" 是初始化器列表; "{}" 是函数体
  S(int x) : n{x}, bit(3) {}
};

int main() {
  S s;      // 调用 S::S()
  S s2(10); // 调用 S::S(int)
}

练习

对象的内存布局

C++内存格局见 {post_link C-note-4}

date area 存放全局变量，静态数据和常量
code area 存放所有类成员函数和非成员函数代码
stack area 存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等（栈区）
余下的空间都被称为 heap area（堆区）

在类的定义时：

类的成员函数被放在 code area
类的静态成员变量在 data area
非静态成员变量、虚函数指针、虚基类指针在类的实例内，实例在 stack area 或 data area

类的实例

如果是定义的类变量，则在 stack area

如果是new出来的类指针，则在 heap area，同时引用会保存在 heap

注意：

对象中包含成员函数指针浪费内存
与 C 库 struct 不兼容

`C++` 使用静态联编

对象方法静态联编：

指在编译阶段，就能直接使用代码段函数地址调用动态对象的方法。该方法仅需要向非静态成员函数传送this指针，即可用静态函数调用实现动态调用效果。

优势：

对象布局与 C 结构内存布局一致，使得内存中对象便于与其他语言程序库兼容
高效率，高性能

拷贝构造函数

概念

在定义语句中用同类型的对象初始化另一个对象

//假定 C 为已定义的类
C obj1;       //调用 C 的（1）无参构造函数
C obj1(1,2)    //调用 C 的有参（2）普通构造函数
//如无(1)(2)则调用默认构造函数

/*调用 C 的（3）拷贝构造函数用对象obj1初始化对象obj2。
如果有为 C 类明确定义拷贝构造函数，将调用这个拷贝构造函数；
如果没有为 C 类定义拷贝构造函数，将调用默认拷贝构造函数。*/

C obj2(obja);    //或
C obj2 = obja ;  //两者等价（注意：不是赋值运算）

语法

用类类型（class type）本身作为参数
该参数传递方式为按引用传递，避免在函数调用过程中生成形参副本。
该形参声明为 const，以确保在拷贝构造函数中不修改实参的值
1
C::C(const C& obj);
例如：
1
complex(const complex& other);
注：

C::C(C& obj) 不用 const 形式已过时。
C::C(C&& obj) 形式称为移动构造函数（超纲）

要点

形参类型为该类类型本身且参数传递方式为按引用传递
用一个已存在的该类对象初始化新创建的对象
每个类都必须有拷贝构造函数：
- 用户可根据自己的需要显式定义拷贝构造函数
- 若用户未提供，则该类使用由系统提供的缺省拷贝构造函数（可用= default），也可用 = delete 弃置该函数
- 缺省拷贝构造函数按照初始化顺序，对对象的各基类和非静态成员进行完整的逐成员复制，完成新对象的初始化。即逐一调用成员的拷贝构造，如果成员是基础类型，则复制值（赋值）

隐式调用复制构造

对象作为函数值参

将一个对象作为实参，以按值调用方式传递给被调用的形参对象

   // 假定C为已定义的类，obj为 C 类对象
   void fn(C tmp) {...}
             /
            /
           /
          /
         /
   fn(obj);
   // 用obj初始化tmp，如果有 C 类明确定义拷贝构造函数，将调用其；如果没有，将调用缺省拷贝构造函数
   // obj传递给fn函数，创建对象tmp时，调用 C 的拷贝构造函数用对象obj初始化对象tmp，tmp生存期结束时调用析构函数
2. 对象作为值从函数返回
   
   生成一个临时对象，作为函数的返回结果：

   当函数返回某一对象时，系统将自动创建一个临时对象来保存函数的返回值。当创建此临时对象时，调用拷贝构造函数；当函数调用表达式结束后，撤销该临时对象，调用析构函数
   ```cpp
   C fn() {
     C t;
     ...
     return t
   }

则

1	tmp = fn();

t -> temp_object -> tmp

编译优化：
1
2
3
4
5
C fn() {
C tmp;
...
return tmp;
}
实际的gcc/g++会优化使得tmp和new C的地址是一样的

示例：

Example 1

复制策略：拷贝构造函数自定义

浅拷贝只复制成员指针的值，而不复制指向的对象实体，导致新旧对象成员指针指向同一块内存。但深拷贝要求成员指针指向的对象也要复制，新对象跟原对象的成员指针不会指向同一块内存，修改新对象不会改到原对象。

对于不含指针成员的类，使用系统提供（编译器合成）的默认拷贝构造函数即可
缺省拷贝构造函数使用浅复制策略，不能满足对含指针数据成员的类需要
含指针成员的类通常应重写以下内容：

构造函数（及拷贝构造函数）中分配内存，深复制策略
= 操作重写，完成对象深复制策略
析构函数中释放内存

示例：

Example 2