C++直接初始化與復(fù)制初始化的區(qū)別深入解析
C++中直接初始化與復(fù)制初始化是很多初學(xué)者容易混淆的概念,本文就以實(shí)例形式講述二者之間的區(qū)別。供大家參考之用。具體分析如下:
一、Primer中的說法
首先我們現(xiàn)來看看經(jīng)典是怎么說的:
“當(dāng)用于類類型對(duì)象時(shí),初始化的復(fù)制形式和直接形式有所不同:直接初始化直接調(diào)用與實(shí)參匹配的構(gòu)造函數(shù),復(fù)制初始化總是調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。復(fù)制初始化首先使用指定構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象,然后用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)將那個(gè)臨時(shí)對(duì)象復(fù)制到正在創(chuàng)建的對(duì)象”
還有一段這樣說:
“通常直接初始化和復(fù)制初始化僅在低級(jí)別優(yōu)化上存在差異,然而,對(duì)于不支持復(fù)制的類型,或者使用非explicit構(gòu)造函數(shù)的時(shí)候,它們有本質(zhì)區(qū)別:
ifstream file1("filename")://ok:direct initialization ifstream file2 = "filename";//error:copy constructor is private”
二、通常的誤解
從上面的說法中,我們可以知道,直接初始化不一定要調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),而復(fù)制初始化一定要調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。然而大多數(shù)人卻認(rèn)為,直接初始化是構(gòu)造對(duì)象時(shí)要調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),而復(fù)制初始化是構(gòu)造對(duì)象時(shí)要調(diào)用賦值操作函數(shù)(operator=),其實(shí)這是一大誤解。因?yàn)橹挥袑?duì)象被創(chuàng)建才會(huì)出現(xiàn)初始化,而賦值操作并不應(yīng)用于對(duì)象的創(chuàng)建過程中,且primer也沒有這樣的說法。至于為什么會(huì)出現(xiàn)這個(gè)誤解,可能是因?yàn)閺?fù)制初始化的寫法中存在等號(hào)(=)吧。
為了把問題說清楚,還是從代碼上來解釋比較容易讓人明白,請(qǐng)看下面的代碼:
#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";//復(fù)制初始化 cout<<"ct3: "; ClassTest ct3 = ct1;//復(fù)制初始化 cout<<"ct4: "; ClassTest ct4(ct1);//直接初始化 cout<<"ct5: "; ClassTest ct5 = ClassTest();//復(fù)制初始化 return 0; }
輸出結(jié)果為:
從輸出的結(jié)果,我們可以知道對(duì)象的構(gòu)造到底調(diào)用了哪些函數(shù),從ct1與ct2、ct3與ct4的比較中可以看出,ct1與ct2對(duì)象的構(gòu)建調(diào)用的都是同一個(gè)函數(shù)——ClassTest(const char *pc),同樣道理,ct3與ct4調(diào)用的也是同一個(gè)函數(shù)——ClassTest(const ClassTest& ct),而ct5則直接調(diào)用了默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。
于是,很多人就認(rèn)為ClassTest ct1("ab");等價(jià)于ClassTest ct2 = "ab";,而ClassTest ct3 = ct1;也等價(jià)于ClassTest ct4(ct1);而且他們都沒有調(diào)用賦值操作函數(shù),所以它們都是直接初始化,然而事實(shí)是否真的如你所想的那樣呢?答案顯然不是。
三、層層推進(jìn),到底誰欺騙了我們
很多時(shí)候,自己的眼睛往往會(huì)欺騙你自己,這里就是一個(gè)例子,正是你的眼睛欺騙了你。為什么會(huì)這樣?其中的原因在談優(yōu)化時(shí)的補(bǔ)充中也有說明,就是因?yàn)榫幾g會(huì)幫你做很多你看不到,你也不知道的優(yōu)化,你看到的結(jié)果,正是編譯器做了優(yōu)化后的代碼的運(yùn)行結(jié)果,并不是你的代碼的真正運(yùn)行結(jié)果。
你也許不相信我所說的,那么你可以把類中的復(fù)制函數(shù)函數(shù)中面注釋起來的那行取消注釋,讓復(fù)制構(gòu)造函數(shù)成為私有函數(shù)再編譯運(yùn)行這個(gè)程序,看看有什么結(jié)果發(fā)生。
很明顯,發(fā)生了編譯錯(cuò)誤,從上面的運(yùn)行結(jié)果,你可能會(huì)認(rèn)為是因?yàn)閏t3和ct4在構(gòu)建過程中用到了復(fù)制構(gòu)造函數(shù)——ClassTest(const ClassTest& ct),而現(xiàn)在它變成了私有函數(shù),不能在類的外面使用,所以出現(xiàn)了編譯錯(cuò)誤,但是你也可以把ct3和ct4的函數(shù)語句注釋起來,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; }
然而你還是非常遺憾地發(fā)現(xiàn),還是沒有編譯通過。這是為什么呢?從上面的語句和之前的運(yùn)行結(jié)果來看,的確是已經(jīng)沒有調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)了,為什么還是編譯錯(cuò)誤呢?
經(jīng)過實(shí)驗(yàn),main函數(shù)只有這樣才能通過編譯:
int main() { cout<<"ct1: "; ClassTest ct1("ab"); return 0; }
在這里我們可以看到,原來是復(fù)制構(gòu)造函數(shù)欺騙了我們。
四、揭開真相
看到這里,你可能已經(jīng)大驚失色,下面就讓我來揭開這個(gè)真相吧!
還是那一句,什么是直接初始化,而什么又是復(fù)制初始化呢?
簡單點(diǎn)來說,就是定義對(duì)象時(shí)的寫法不一樣,一個(gè)用括號(hào),如ClassTest ct1("ab"),而一個(gè)用等號(hào),如ClassTest ct2 = "ab"。
但是從本質(zhì)來說,它們卻有本質(zhì)的不同:直接初始化直接調(diào)用與實(shí)參匹配的構(gòu)造函數(shù),復(fù)制初始化總是調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。復(fù)制初始化首先使用指定構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象,然后用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)將那個(gè)臨時(shí)對(duì)象復(fù)制到正在創(chuàng)建的對(duì)象。所以當(dāng)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)被聲明為私有時(shí),所有的復(fù)制初始化都不能使用。
現(xiàn)在我們?cè)賮砜椿豰ain函數(shù)中的語句:
1、ClassTest ct1("ab");這條語句屬于直接初始化,它不需要調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),直接調(diào)用構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const char *pc),所以當(dāng)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)變?yōu)樗接袝r(shí),它還是能直接執(zhí)行的。
2、ClassTest ct2 = "ab";這條語句為復(fù)制初始化,它首先調(diào)用構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const char *pc)函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象,然后調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),把這個(gè)臨時(shí)對(duì)象作為參數(shù),構(gòu)造對(duì)象ct2;所以當(dāng)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)變?yōu)樗接袝r(shí),該語句不能編譯通過。
3、ClassTest ct3 = ct1;這條語句為復(fù)制初始化,因?yàn)閏t1本來已經(jīng)存在,所以不需要調(diào)用相關(guān)的構(gòu)造函數(shù),而直接調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),把它值復(fù)制給對(duì)象ct3;所以當(dāng)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)變?yōu)樗接袝r(shí),該語句不能編譯通過。
4、ClassTest ct4(ct1);這條語句為直接初始化,因?yàn)閏t1本來已經(jīng)存在,直接調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),生成對(duì)象ct3的副本對(duì)象ct4。所以當(dāng)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)變?yōu)樗接袝r(shí),該語句不能編譯通過。
注:第4個(gè)對(duì)象ct4與第3個(gè)對(duì)象ct3的創(chuàng)建所調(diào)用的函數(shù)是一樣的,但是本人卻認(rèn)為,調(diào)用復(fù)制函數(shù)的原因卻有所不同。因?yàn)橹苯映跏蓟歉鶕?jù)參數(shù)來調(diào)用構(gòu)造函數(shù)的,如ClassTest ct4(ct1),它是根據(jù)括號(hào)中的參數(shù)(一個(gè)本類的對(duì)象),來直接確定為調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const ClassTest& ct),這跟函數(shù)重載時(shí),會(huì)根據(jù)函數(shù)調(diào)用時(shí)的參數(shù)來調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)是一個(gè)道理;而對(duì)于ct3則不同,它的調(diào)用并不是像ct4時(shí)那樣,是根據(jù)參數(shù)來確定要調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的,它只是因?yàn)槌跏蓟厝灰{(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)而已。它理應(yīng)要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象,但只是這個(gè)對(duì)象卻已經(jīng)存在,所以就省去了這一步,然后直接調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),因?yàn)閺?fù)制初始化必然要調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),所以ct3的創(chuàng)建仍是復(fù)制初始化。
5、ClassTest ct5 = ClassTest();這條語句為復(fù)制初始化,首先調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)對(duì)象,然后調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),把這個(gè)臨時(shí)對(duì)象作為參數(shù),構(gòu)造對(duì)象ct5。所以當(dāng)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)變?yōu)樗接袝r(shí),該語句不能編譯通過。
五、假象產(chǎn)生的原因
產(chǎn)生上面的運(yùn)行結(jié)果的主要原因在于編譯器的優(yōu)化,而為什么把復(fù)制構(gòu)造函數(shù)聲明為私有(private)就能把這個(gè)假象去掉呢?主要是因?yàn)閺?fù)制構(gòu)造函數(shù)是可以由編譯默認(rèn)合成的,而且是公有的(public),編譯器就是根據(jù)這個(gè)特性來對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化的。然而如里你自己定義這個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù),編譯則不會(huì)自動(dòng)生成,雖然編譯不會(huì)自動(dòng)生成,但是如果你自己定義的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)仍是公有的話,編譯還是會(huì)為你做同樣的優(yōu)化。然而當(dāng)它是私有成員時(shí),編譯器就會(huì)有很不同的舉動(dòng),因?yàn)槟忝鞔_地告訴了編譯器,你明確地拒絕了對(duì)象之間的復(fù)制操作,所以它也就不會(huì)幫你做之前所做的優(yōu)化,你的代碼的本來面目就出來了。
舉個(gè)例子來說,就像下面的語句:
ClassTest ct2 = "ab";
它本來是要這樣來構(gòu)造對(duì)象的:首先調(diào)用構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const char *pc)函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象,然后調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),把這個(gè)臨時(shí)對(duì)象作為參數(shù),構(gòu)造對(duì)象ct2。然而編譯也發(fā)現(xiàn),復(fù)制構(gòu)造函數(shù)是公有的,即你明確地告訴了編譯器,你允許對(duì)象之間的復(fù)制,而且此時(shí)它發(fā)現(xiàn)可以通過直接調(diào)用重載的構(gòu)造函數(shù)ClassTest(const char *pc)來直接初始化對(duì)象,而達(dá)到相同的效果,所以就把這條語句優(yōu)化為ClassTest ct2("ab")。
而如果把復(fù)制構(gòu)造函數(shù)聲明為私有的,則對(duì)象之前的復(fù)制不能進(jìn)行,即不能把臨時(shí)對(duì)像作為參數(shù),調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù),所以編譯就認(rèn)為ClassTest ct2 = "ab"與ClassTest ct2("ab")是不等價(jià)的,也就不會(huì)幫你做這個(gè)優(yōu)化,所以編譯出錯(cuò)了。
注:根據(jù)上面的代碼,有些人可能會(huì)運(yùn)行出與本人測試不一樣的結(jié)果,這是為什么呢?就像前面所說的那樣,編譯器會(huì)為代碼做一定的優(yōu)化,但是不同的編譯器所作的優(yōu)化的方案卻可能有所不同,所以當(dāng)你使用不同的編譯器時(shí),由于這些優(yōu)化的方案不一樣,可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果,我這里用的是g++4.7。
相信本文所述對(duì)大家深入學(xué)習(xí)C++程序設(shè)計(jì)有一定的參考借鑒作用。
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