关于c++:初始化-Initialization

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初始化 (Initialization)

  • 初始化的模式

    • Direct-initialization
    • Copy-initialization
  • 初始化的含意
  • Value initialize
  • Default initialize
  • Zero initialize

  • List initialize

    • narrowing conversion
  • 字符数组初始化

  • 聚合（aggregate）初始化

    • Aggregate
  • 援用初始化

基于 c ++20 draft n4868

初始化的模式

通常讲到初始化，会想起变量的时候给的初始化值(initializer)。然而除此之后，还有一些中央会产生对象的初始化。所有的这些初始化操作听从同一套规定。

初始化依照其模式，能够分为两大类，direct-initialization 与 copy-initialization

Direct-initialization

  • 变量定义中初始化值无=

    • int i{1}; std::vector<std::string> vec(3);

  • new-initializer

    • int *p = new int(3);，应用 3 初始化一个新建的 int 对象

  • static_cast

    • static_cast 会应用其参数初始化一个后果类型的对象，如：static_cast<int>(2.0);，其中应用 2.0 初始化一个 int 对象。

  • 函数调用像是的类型转换

    • int(2.0)，其中应用 2.0 初始化一个 int 类型的对象

  • condition 中的 brace-init-list

    • if (Derived *pDerived{dynamic_cast<Derived*>(pBase)})，应用 dyanmic_cast<Drived*>(pBase) 初始化 pDerived

Copy-initialization

  • 变量定义中应用 = 模式初始化

    • int i = 1;，应用 1 初始化 i

  • condition 中应用 = 模式初始化

    • if (Derived *pDerived = dynamic_cast<Derived*>(pBase))，应用 dyanmic_cast<Drived*>(pBase) 初始化 pDerived

  • 参数传递，函数返回值

    • 示例：

      int foo(int i) {return i+1;}
void bar() {foo(1);
}

      应用 1 初始化 foo 的参数 i，应用 i+1 初始化函数的返回值（右值）

  • 抛出异样，异样捕捉

    • 示例：

      void foo() {std::string s{123};
  try {throw s;} cache (string &es) {}}

      在 throw s; 中，应用 s 初始化一个长期对象。在 cache (string &es) 中，长期对象的左值用于初始化 es。这两个初始化都是 copy initialize

  • 聚合成员初始化。在聚合初始化中，每个成员的初始化都是 copy initialization

    • std::string str[]{"abc", "def"}，应用 "abc" 初始化 str[0]，应用 "def" 初始化 str[1] 都是 copy-initialize。留神对 str 的初始化应用的是 direct-initialize 的模式。

初始化的含意

依据被初始化对象的类型与初始化的模式不同，初始化会有不同的含意。具体初始化含意见下。copy-initialize 与 direct-initialize 均应用如下定义。

  • 如果 initializer 是一个 braced-init-list 或者 = branced-init-list，执行列表初始化
  • 如果指标类型是援用类型，则执行援用初始化
  • 如果指标类型是 char, singed char, unsigned char, char8_t, char16_t, char32_t, wchar_t 的数组，initializer 是一个 string-literal，执行字符数组初始化
  • 如果 initializer 是 ()，执行 value-initialze
  • 如果指标类型是数组，initializer 应该是 ( pxpression-list )，且其中的元素个数不应比数组长度更多。数组中的元素将顺次由 epression-list 中的值 copy-initialize。对没有提供值的元素（数组长度比 expression-list 长），进行 value-initialize

  • 如果指标类型是类类型(class type):

    • 如果 initializer 是一个右值并且与指标类型雷同（疏忽 cv-qualifier），则 initializer 用于初始化指标对象

    • 如果 1) 这是 direct initialization；或者 2) 这是 copy initialization 且源类型与指标类型雷同，或者是指标类型的派生类，那么应用构造函数初始化

      • 如果能够找到惟一可用的构造函数，那么该构造函数用于初始化对象
      • 如果没有可用的构造函数，且指标类型是一个聚合(aggregate class)，intializer 为 ( expression-list )，则应用 expression-list 中的值顺次 copy initialize 对应元素。未初始化值的元素执行 value initialize。
      • 否则，程序非法
    • 否则，尝试用户定义类型转换（包含构造函数）。不能找到适合的类型转换的程序非法。类型转换的后果将被用于 direct initialize 指标对象。
  • 否则，如果源类型是一个类类型，将尝试用户定义类型转换。不能找到适合的类型转换的程序非法。
  • 否则，如果这个是一个 direct initialization，原类型是 std::nullptr_t，指标类型是 bool，则指标对象被初始化为 false
  • 否则，如果须要，能够应用一个规范转换序列 (stand conversion sequence) 将源对象转换为指标类型。无奈转换则程序非法。

Value initialize

对一个类型 value initialize 含意是：

  • 如果其为类类型，则

    • 如果该类没有默认构造函数，或者有用户提供的（user-provided）或 deleted 默认构造函数，该对象被 default initialize

    • 否则，对象被 zero initialize；并且，如果该类有 non-trivial 默认构造函数，该对象被 value initialize。

      • 例如

        #include <string>
struct A{
  int a;
  std::string s;
};
int main()
{A a_obj{}; // a_obj.a == 0
}

        类 A 有默认构造函数（主动生成的），该默认构造函数不是 user-provided，也不是 deleted，因此进入该条解决。
        a_obj 被 zero initialize。另外，因为其默认构造函数是 non-trivial（它含有个一个 std::string 成员），因此被进一步默认结构。
        因为有 zero initialize 存在，a_obj.a == 0。

  • 如果指标对象类型为数组，则数组的每一个元素被 value initialize
  • 否则，对象被 zero initialize

Default initialize

对一个类型 default initialize 含意是：

  • 对类类型，调用默认构造函数。
  • 对数组类型，每一个元素被 default initialize
  • 其余，不执行初始化操作

Zero initialize

对一个类型 default initialize 含意是：

  • scalar type 初始化为 0
  • 对非 union 类类型，其 padding 被初始化为 0，非静态数据成员，基类 被 zero initialize
  • 对 union，padding 被初始化为 0，第一个非动态成员被 zero initialize
  • 对数组，每一个元素被 zero initialize
  • 对援用，不进行初始化

List initialize

  • 如果 brace-init-list 蕴含 designated-initializer-list，指标类型必须为聚合（aggregate class），其中成员的呈现程序须要与定义程序统一。执行聚合初始化（aggregate initialize）
  • 如果指标是聚合类（aggregate class），initializer list 仅蕴含一个元素，其类型与指标类型雷同或者是其派生类，那么应用该元素初始化指标对象。
  • 如果指标类型是数组，initializer list 仅蕴含一个元素，且为适合类型的字符串字面量，则执行字符数组初始化。
  • 如果指标类型是聚合类型（aggregate class），执行聚合初始化
  • 如果 initializer list 为空，指标类型为有默认构造函数的类类型，指标对象被 value initialize
  • 如果指标类型是 std::initializer_list<E>：创立一个 const E[N] 类型的数组，其中每一个元素用 initializer list 中的元素 copy initialize，指标对象将援用这个数组。（如果任何一个元素初始化是须要 narrowing conversion，则程序非法）
  • 如果指标类型是类类型，应用构造函数初始化。（如果参数初始化时须要 narrowing conversion，程序非法）
  • 如果指标类型是有确定 underlying type 的枚举，intiiailizer list 仅含有一个元素，该元素能够被隐式转换为指标类型的 underlying type，并且该初始化是 direct initialization，则指标对象的值为源对象转换为指标类型的 underlying type 后的值。（不能够是 copy initialize；如果须要 narrawing conversion，程序非法）
  • 如果 initialize list 有惟一元素，指标类型不为援用或者为一个 reference related to 源类型的援用，指标对象（或援用）由该元素初始化（如果须要 narrowing conversion，程序非法）
  • 如果指标类型是援用，则用 initializer 执行 copy list initialize 初始化一个被援用类型的 prvalue，指标援用由该 prvalue direct initialize
  • 如果 initializer list 为空，指标对象被 value initialize
  • 其余，程序非法

narrowing conversion

narrowing conversion 包含：

  • 从浮点类型到整形的转换
  • 从 long double 到 double 或 float，从 double 到 float 的转换，除非源值为常量表达式，且其在指标类型中可示意（包含可示意但无奈准确示意的状况）
  • 从整形或 unscoped enueration type 到浮点类型的转换，除非源值是一个常量表达式，且转换后果在指标类型可示意，且将转换后果再转换为源类型时其值不变
  • 从整形或 unscoped enueration type 到整型的转换，该整型无奈示意源类型中的所有值，除非源值是一个常量表达式，其值在通过 integral promotion 之后在指标类型可示意
  • 从指针或指向成员的指针类型到 bool

字符数组初始化

字符数组能够用字符串字面量初始化。字符数组的类型须要与字符串字面量类型匹配。字符数组的中的元素由字符串字面量中的对应元素进行初始化。

字符串字面量（包含最初的 '\0'）不能比字符数组更长。如果字符串字面量较短，多余的数组元素将被 zero initialize。

聚合（aggregate）初始化

Aggregate

满足以下条件的数组或类（union 也是一品种）称作 aggregate:

  • 没有申明构造函数，或继承（注：应用 using）构造函数
  • 没有公有或爱护的非静态数据成员
  • 没有虚函数
  • 没有虚的、公有的或被爱护的基类

aggregate 的成员指：

  • 对于数组，指它的每一个元素
  • 对于类，指按申明程序的每一个间接基类，以及按申明程序的每一个非静态数据成员（如果类中有匿名联结（union），匿名联结自身是 aggregate 的一个成员，但匿名联结的成员不是）

对于显式提供了值的成员，将应用该值进行 copy initialize。如果须要 narrowing conversion，程序非法。对于匿名联结（anonymous union），只能对其中一个成员提供初始化。

对于非 union 的 aggregate 中没有被显式初始化的成员：

  • 如果成员申明了 default member initializer，应用该值初始化
  • 如果该成员不是援用，应用 {} copy initialize
  • 否则，程序非法

当一个 union aggregate 被应用 {} 初始化时：

  • 如果任意成员（variant member）有 default member initializer，应用该值初始化这一成员
  • 否则，union 的第一个成员应用 {} 初始化

aggregate 的成员如果也是 aggregate，子 aggregate 的初始化列表（在某些状况下）能够省略 {, }。空 {} 不能省略。如果省略，那么接下来的 initializer 全副被用于初始化子 aggregate，直到子 aggregate 所有成员都有了 initializer。残余的 initializer 用于初始化父 aggregate 的残余成员。

援用初始化

先要介绍两个概念：

  • 类型 cv1 T1 与 cv2 T2 是 reference related，示意 T1 与 T2 类似（约等于雷同），或 T1 是 T2 的基类。
  • 类型 cv1 T1 与 cv2 T2 是 reference compitable 示意指向 cv2 T2 的指针能够通过一个规范转换序列（standard conversion sequence）转换为指向 cv1 T1 的指针。（约等于 cv1 > cv2，并且 T1 与 T2 雷同，或者是 T2 的（可拜访的且无歧义的）基类）

应用 cv2 T2 的值初始化 cv1 T1 的援用规定如下：

  • 指标是左值援用并且满足以下条件之一：

    • initialize 为左值，cv1 T1 与 cv2 T2 是 reference compitable，援用绑定到该值（或其基类子对象）
    • T2 是类，但 T1 与 T2 并非 reference related，但 T2 能够转换为一个 cv3 T3 的左值，且 cv1 T1 与 cv3 T3 是 reference compitable 的，援用绑定到转换后的 T3 的左值（或其基类子对象）
  • 否则，如果指标为十分量左值援用，或者 volatile 左值援用，程序非法

  • 否则：（以下为绑定至右值，prvalue 会被转换为 glvalue）

    • 如果初始化值为一个右值（非位域），或一个函数，且 cv1 T1 与 cv2 T2 是 reference compitable，援用绑定到该值（或其基类子对象）
    • T2 是类，但 T1 与 T2 并非 reference related，但 T2 能够转换为一个 cv3 T3 的右值（或函数），且 cv1 T1 与 cv3 T3 是 reference compitable 的，援用绑定到转换后的 T3 的 glvalue（或其基类子对象）

  • 否则：

    • 如果 T1 或 T2 是类，且 T1 与 T2 并非 reference related，则尝试通过自定义转换应用初始化值初始化一个 cv1 T1 的对象（如不能初始化相应的对象，则程序非法）。转换的后果将用于初始化指标援用。

    • 其余状况，初始化值将被隐式转换为 cv1 T1。援用绑定值转换的后果。

      • 如果 T1 与 T2 是 reference related，那么 cv1 应大于 cv2，不能用 lvalue 初始化 rvalue reference。

    例如：

    struct Banana { };
struct Enigma {operator const Banana(); };
struct Alaska {operator Banana&(); };
void enigmatic() {
  typedef const Banana ConstBanana;
  Banana &&banana1 = ConstBanana(); // error
  Banana &&banana2 = Enigma(); // error
  Banana &&banana3 = Alaska(); // error}
const double& rcd2 = 2; // rcd2 refers to temporary with value 2.0
double&& rrd = 2; // rrd refers to temporary with value 2.0
const volatile int cvi = 1;
const int& r2 = cvi; // error: cv-qualifier dropped
struct A {operator volatile int&(); } a;
const int& r3 = a; // error: cv-qualifier dropped
// from result of conversion function
double d2 = 1.0;
double&& rrd2 = d2; // error: initializer is lvalue of related type
struct X {operator int&(); };
int&& rri2 = X(); // error: result of conversion function is lvalue of related type
int i3 = 2;
double&& rrd3 = i3; // rrd3 refers to temporary with value 2.0

正文完
c++
发表至： c#
2022-03-13
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