C++直接初始化与复制初始化的区别深入解析

 更新时间:2014年09月04日 12:09:38   投稿:shichen2014  
这篇文章主要介绍了C++直接初始化与复制初始化的区别深入解析,是很多C++初学者需要深入了解的重要概念,需要的朋友可以参考下

C++中直接初始化与复制初始化是很多初学者容易混淆的概念,本文就以实例形式讲述二者之间的区别。供大家参考之用。具体分析如下:

一、Primer中的说法

首先我们现来看看经典是怎么说的:

“当用于类类型对象时,初始化的复制形式和直接形式有所不同:直接初始化直接调用与实参匹配的构造函数,复制初始化总是调用复制构造函数。复制初始化首先使用指定构造函数创建一个临时对象,然后用复制构造函数将那个临时对象复制到正在创建的对象”

还有一段这样说:

通常直接初始化和复制初始化仅在低级别优化上存在差异,然而,对于不支持复制的类型,或者使用非explicit构造函数的时候,它们有本质区别

ifstream file1("filename")://ok:direct initialization
ifstream file2 = "filename";//error:copy constructor is private”

二、通常的误解

从上面的说法中,我们可以知道,直接初始化不一定要调用复制构造函数,而复制初始化一定要调用复制构造函数。然而大多数人却认为,直接初始化是构造对象时要调用复制构造函数,而复制初始化是构造对象时要调用赋值操作函数(operator=),其实这是一大误解。因为只有对象被创建才会出现初始化,而赋值操作并不应用于对象的创建过程中,且primer也没有这样的说法。至于为什么会出现这个误解,可能是因为复制初始化的写法中存在等号(=)吧。

为了把问题说清楚,还是从代码上来解释比较容易让人明白,请看下面的代码:

#include <iostream> 
#include <cstring> 
using namespace std; 
 
class ClassTest 
{ 
public: 
ClassTest() 
{ 
c[0] = '\0'; 
cout<<"ClassTest()"<<endl; 
} 
ClassTest& operator=(const ClassTest &ct) 
{ 
strcpy(c, ct.c); 
cout<<"ClassTest& operator=(const ClassTest &ct)"<<endl; 
return *this; 
} 
ClassTest(const char *pc) 
{ 
strcpy(c, pc); 
cout<<"ClassTest (const char *pc)"<<endl; 
} 
// private: 
ClassTest(const ClassTest& ct) 
{ 
strcpy(c, ct.c); 
cout<<"ClassTest(const ClassTest& ct)"<<endl; 
} 
private: 
char c[256]; 
}; 
 
int main() 
{ 
cout<<"ct1: "; 
ClassTest ct1("ab");//直接初始化 
cout<<"ct2: "; 
ClassTest ct2 = "ab";//复制初始化 
cout<<"ct3: "; 
ClassTest ct3 = ct1;//复制初始化 
cout<<"ct4: "; 
ClassTest ct4(ct1);//直接初始化 
cout<<"ct5: "; 
ClassTest ct5 = ClassTest();//复制初始化 
return 0; 
} 

输出结果为:

从输出的结果,我们可以知道对象的构造到底调用了哪些函数,从ct1与ct2、ct3与ct4的比较中可以看出,ct1与ct2对象的构建调用的都是同一个函数——ClassTest(const char *pc),同样道理,ct3与ct4调用的也是同一个函数——ClassTest(const ClassTest& ct),而ct5则直接调用了默认构造函数。

于是,很多人就认为ClassTest ct1("ab");等价于ClassTest ct2 = "ab";,而ClassTest ct3 = ct1;也等价于ClassTest ct4(ct1);而且他们都没有调用赋值操作函数,所以它们都是直接初始化,然而事实是否真的如你所想的那样呢?答案显然不是。

三、层层推进,到底谁欺骗了我们

很多时候,自己的眼睛往往会欺骗你自己,这里就是一个例子,正是你的眼睛欺骗了你。为什么会这样?其中的原因在谈优化时的补充中也有说明,就是因为编译会帮你做很多你看不到,你也不知道的优化,你看到的结果,正是编译器做了优化后的代码的运行结果,并不是你的代码的真正运行结果。

你也许不相信我所说的,那么你可以把类中的复制函数函数中面注释起来的那行取消注释,让复制构造函数成为私有函数再编译运行这个程序,看看有什么结果发生。

很明显,发生了编译错误,从上面的运行结果,你可能会认为是因为ct3和ct4在构建过程中用到了复制构造函数——ClassTest(const ClassTest& ct),而现在它变成了私有函数,不能在类的外面使用,所以出现了编译错误,但是你也可以把ct3和ct4的函数语句注释起来,如下所示:

int main() 
{ 
cout<<"ct1: "; 
ClassTest ct1("ab"); 
cout<<"ct2: "; 
ClassTest ct2 = "ab"; 
// cout<<"ct3: "; 
// ClassTest ct3 = ct1; 
// cout<<"ct4: "; 
// ClassTest ct4(ct1); 
cout<<"ct5: "; 
ClassTest ct5 = ClassTest(); 
return 0; 
} 

然而你还是非常遗憾地发现,还是没有编译通过。这是为什么呢?从上面的语句和之前的运行结果来看,的确是已经没有调用复制构造函数了,为什么还是编译错误呢?

经过实验,main函数只有这样才能通过编译:

int main() 
{ 
cout<<"ct1: "; 
ClassTest ct1("ab"); 
return 0; 
} 

在这里我们可以看到,原来是复制构造函数欺骗了我们。

四、揭开真相

看到这里,你可能已经大惊失色,下面就让我来揭开这个真相吧!

还是那一句,什么是直接初始化,而什么又是复制初始化呢?

简单点来说,就是定义对象时的写法不一样,一个用括号,如ClassTest ct1("ab"),而一个用等号,如ClassTest ct2 = "ab"。

但是从本质来说,它们却有本质的不同:直接初始化直接调用与实参匹配的构造函数,复制初始化总是调用复制构造函数。复制初始化首先使用指定构造函数创建一个临时对象,然后用复制构造函数将那个临时对象复制到正在创建的对象。所以当复制构造函数被声明为私有时,所有的复制初始化都不能使用。

现在我们再来看回main函数中的语句:

1、ClassTest ct1("ab");这条语句属于直接初始化,它不需要调用复制构造函数,直接调用构造函数ClassTest(const char *pc),所以当复制构造函数变为私有时,它还是能直接执行的。

2、ClassTest ct2 = "ab";这条语句为复制初始化,它首先调用构造函数ClassTest(const char *pc)函数创建一个临时对象,然后调用复制构造函数,把这个临时对象作为参数,构造对象ct2;所以当复制构造函数变为私有时,该语句不能编译通过。

3、ClassTest ct3 = ct1;这条语句为复制初始化,因为ct1本来已经存在,所以不需要调用相关的构造函数,而直接调用复制构造函数,把它值复制给对象ct3;所以当复制构造函数变为私有时,该语句不能编译通过。

4、ClassTest ct4(ct1);这条语句为直接初始化,因为ct1本来已经存在,直接调用复制构造函数,生成对象ct3的副本对象ct4。所以当复制构造函数变为私有时,该语句不能编译通过。

注:第4个对象ct4与第3个对象ct3的创建所调用的函数是一样的,但是本人却认为,调用复制函数的原因却有所不同。因为直接初始化是根据参数来调用构造函数的,如ClassTest ct4(ct1),它是根据括号中的参数(一个本类的对象),来直接确定为调用复制构造函数ClassTest(const ClassTest& ct),这跟函数重载时,会根据函数调用时的参数来调用相应的函数是一个道理;而对于ct3则不同,它的调用并不是像ct4时那样,是根据参数来确定要调用复制构造函数的,它只是因为初始化必然要调用复制构造函数而已。它理应要创建一个临时对象,但只是这个对象却已经存在,所以就省去了这一步,然后直接调用复制构造函数,因为复制初始化必然要调用复制构造函数,所以ct3的创建仍是复制初始化。

5、ClassTest ct5 = ClassTest();这条语句为复制初始化,首先调用默认构造函数产生一个临时对象,然后调用复制构造函数,把这个临时对象作为参数,构造对象ct5。所以当复制构造函数变为私有时,该语句不能编译通过。

五、假象产生的原因

产生上面的运行结果的主要原因在于编译器的优化,而为什么把复制构造函数声明为私有(private)就能把这个假象去掉呢?主要是因为复制构造函数是可以由编译默认合成的,而且是公有的(public),编译器就是根据这个特性来对代码进行优化的。然而如里你自己定义这个复制构造函数,编译则不会自动生成,虽然编译不会自动生成,但是如果你自己定义的复制构造函数仍是公有的话,编译还是会为你做同样的优化。然而当它是私有成员时,编译器就会有很不同的举动,因为你明确地告诉了编译器,你明确地拒绝了对象之间的复制操作,所以它也就不会帮你做之前所做的优化,你的代码的本来面目就出来了。

举个例子来说,就像下面的语句:

ClassTest ct2 = "ab";

它本来是要这样来构造对象的:首先调用构造函数ClassTest(const char *pc)函数创建一个临时对象,然后调用复制构造函数,把这个临时对象作为参数,构造对象ct2。然而编译也发现,复制构造函数是公有的,即你明确地告诉了编译器,你允许对象之间的复制,而且此时它发现可以通过直接调用重载的构造函数ClassTest(const char *pc)来直接初始化对象,而达到相同的效果,所以就把这条语句优化为ClassTest ct2("ab")。

而如果把复制构造函数声明为私有的,则对象之前的复制不能进行,即不能把临时对像作为参数,调用复制构造函数,所以编译就认为ClassTest ct2 = "ab"与ClassTest ct2("ab")是不等价的,也就不会帮你做这个优化,所以编译出错了。

注:根据上面的代码,有些人可能会运行出与本人测试不一样的结果,这是为什么呢?就像前面所说的那样,编译器会为代码做一定的优化,但是不同的编译器所作的优化的方案却可能有所不同,所以当你使用不同的编译器时,由于这些优化的方案不一样,可能会产生不同的结果,我这里用的是g++4.7。

相信本文所述对大家深入学习C++程序设计有一定的参考借鉴作用。

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