Effective C++筆記之一：聲明、定義、初始化與賦值

一.聲明(Declaration)
? ? ? ?聲明的作用是指定變量的類型和名稱，makes a name known to the program。區(qū)分聲明和定義可以讓C++支持分開編譯，比如A.cpp中定義了變量var1，在B.cpp中只需要聲明var1這個變量就可以直接使用。因?yàn)檫@樣的用法，聲明常常見于頭文件中。源文件包含頭文件之后，就可以使用這個變量，即使沒有看到該變量的定義。 聲明的語法如下：

extern?int?i;?//?object?declaration
int?numDigits(int?number);?//?function?declaration
class?Widget;?//?class?declaration

template//?template?declaration
class?GraphNode;

extern?double?pi?=?3.1416;?//?definition

二.定義(Definition)
? ? ? ?定義是為變量分配存儲空間，并可能進(jìn)行初始化。定義是一種聲明，因?yàn)槎x的同時必然會指定變量的類型和名稱，然而聲明卻不是定義。C++中變量的定義必須有且僅有一次，而變量的聲明可以多次。變量一般不能定義在頭文件中，除了const變量(local to a file)。
? ? ? ?除了變量，類和函數(shù)也有定義的說法，總結(jié)如下：
1.對于類來說，一般定義在頭文件中。因?yàn)榫幾g器需要在每個源文件都看到類的定義才能編譯成功；
2.對于一般函數(shù)來說，函數(shù)聲明在頭文件中，函數(shù)定義則在源文件中；
3.對于inline和constexpr function，編譯器需要在每個源文件都看到定義，因此通常也定義在頭文件中。

int?x;?//?declaration?or?definition

? ? ? ?上面單獨(dú)的一行，是聲明還是定義，判斷的原則是看是否占用內(nèi)存（能否進(jìn)行初始化）。例如：

class?MyClass?//?類定義
{
???int?x;?//?它是聲明，以為C++11之前是不允許在類的定義內(nèi)部直接初始化數(shù)據(jù)成員的?
???float?y?=?10.0f;?//?C++11及以后支持這種寫法，但它仍然是個聲明
???static?char?c;???//?這也是個聲明，因?yàn)槿绻麑懗蛇@樣?static?char?c?=?'A';
????????????????????//?編譯器會報(bào)錯，你需要在類外進(jìn)行定義并初始化，因?yàn)轭惱锩娴闹皇锹暶鞫?};

? ? ? ?但是如果int x;出現(xiàn)在函數(shù)定義內(nèi)部，它就是一個定義了。例如：

int?nurnDigits(int?number)?//?function?definition
{
????int?x;?//?object?definition,因?yàn)榇藭rx是可以被初始化或賦值的
????x?=?number/10;
????return?x;
}
class?Widget?//?class?definition
{?
public:
????Widget();?//?function?declaration
????~Widget();
private:
????int?x;?//?object?declaration
????int?y;
}
template//?template?definition
class?GraphNode?
{
public:
????GraphNode();
????~GraphNode();
????......
}

? ? ? ?這里有一個令人疑惑的地方，頭文件的的類MyClass既然是定義，按照“定義”的解釋，它應(yīng)該占有內(nèi)存，那為何類中包含的內(nèi)容反而是聲明。
? ? ? ?因?yàn)轭愂菍儆谟脩糇远x的數(shù)據(jù)類型，與內(nèi)置類型，比如說int，在使用上類似。類定義只是定義了一種類型，也即說明了一個類，并沒有實(shí)際定義類的對象，定義的是類，定義類描述的是新的類型，而描述新類型并不會開辟內(nèi)存空間去存儲這樣一種新類的對象。
三.初始化(Initialization)

? ? ? ?初始化是指變量在創(chuàng)建的同時獲得的初始值。雖然C++經(jīng)常用=來初始化一個變量，但是賦值和初始化是兩種不同的操作。賦值是變量定義后的操作，效果是改變變量的值，或者說是用新值來替換舊值；而初始化是在變量創(chuàng)建期獲得一個值。兩者具有本質(zhì)的區(qū)別。下面分別介紹一下C++常見的初始化方式：

default initialization

? ? ? ?當(dāng)我們定義一個變量時，不提供initializer，那么這個變量就是默認(rèn)初始化(default initialized)的。默認(rèn)值由變量的類型和變量的定義位置來決定。
對于built-in type，默認(rèn)值由變量的定義位置決定。在函數(shù)外部定義的全局變量(global variable)，函數(shù)內(nèi)部定義的局部靜態(tài)變量(local static object)全部初始化為0。函數(shù)內(nèi)部定義的局部變量是未初始化的；使用未初始化的變量值的行為是未定義的，會帶來巨大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

? ? ? ?對于class type，由類里的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)初始化。如果類定義里沒有默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)(顯示或隱示)，則編譯出錯。

#includeusing?namespace?std;

int?a;

int?main()
{
???static?int?b;
???int?c;

???cout?<<?a?<<?endl;
???cout?<<?b?<<?endl;
???cout?<<?c<<?endl;
???system("pause");
???return?0;
}

? ? ? ?在VS執(zhí)行這段代碼，輸出變量a的值0，b的值為0，同時VS會報(bào)錯：Run-Time Check Failure #3 — The variable 'c' is being used without being initialized。 變量a和b被默認(rèn)初始化為0，變量c未被初始化。

list initialization

? ? ? ?C++11中提供了一種新的初始化方式，list initialization，以大括號包圍。A tour of c++中寫到The = form is traditional and dates back to C, but if in doubt, use the general {}-list form。注意這種初始化方式要求提供的初始值與要初始化的變量類型嚴(yán)格統(tǒng)一，用法如下，

//?built-in?type?initialization
double?d1{2.3};????//ok:?direct-list-initialization?
double?d2?=?{2.3};?//ok:?copy-list-initialization
//?class?type?initialization
complexz2{d1,d2};
complexz3?=?{1,2};??//ok:?the?=?is?optional?with?{...}
vectorvec{1,2,3,4,5,6};//ok:?a?vector?of?ints

long?double?pi?=?3.1415;
int?a{pi},?b?=?{pi};?????????//error:?narrowing?conversion?required
int?c(pi),?d?=?pi;	?????//ok:?implict?conversion.

value initialization
? ? ? ?value initialization里，built-in type變量被初始化為0，class type的對象被默認(rèn)構(gòu)造(一定要有)初始化。這種方式通常見于STL里的vector和數(shù)組，且經(jīng)常與list initialization結(jié)合起來使用，為我們初始化全0數(shù)組提供了很大的便利。簡單用法如下：

vectorivec(10);			//ten?elements,?each?initialized?to?0
vectorsvec(10);		//ten?elmenets,?each?an?empty?string
vectorv1?=?{"a",?"an",?"the"};?//list?initialized
int?a[10]?=?{};				//ten?elements,?each?initialized?to?0
int?a2[]?=?{1,2,3};			//list?initialized
int?a3[5]?=?{1,2,3};			//equivalent?to?a3[]?=?{1,2,3,0,0}

關(guān)于類的初始化比較復(fù)雜，整理幾點(diǎn)：
1.編譯器首先編譯類成員的聲明，包括函數(shù)和變量
2.整個類可見后，才編譯函數(shù)體(所以不管定義順序，函數(shù)里可以用類里的任何變量和函數(shù))
3.C++11提供了in-class initializers機(jī)制，C++ Primer里面講如果編譯器支持，推薦使用in-class initializers機(jī)制。注意這種機(jī)制只支持=，{}形式，不支持()。Constructor Initializer List對變量進(jìn)行初始化后，才進(jìn)入構(gòu)造函數(shù)。Constructor Initializer List里忽略的成員變量(為空則相當(dāng)于全部忽略)，會由in-class initializers初始化，或者采取default initialization，然后進(jìn)入構(gòu)造函數(shù)體，構(gòu)造函數(shù)體實(shí)際是給成員二次賦值
4.對于class type成員，會調(diào)用其默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行default initialization。

5.對于built-in type成員，要么in-class initialization，要么Constructor initializer list。是否會被default initialization與類定義的位置有關(guān)，這點(diǎn)和“default initialization”小節(jié)中說的built-int type類似

6.類的靜態(tài)函數(shù)成員可以在類內(nèi)部或者外部定義，而靜態(tài)數(shù)據(jù)成員(const除外)則只能在外部定義以及初始化

#includeusing?namespace?std;

class?testA
{
public:
	testA()
	{
		cout?<<?"A-x:"?<<?x?<<?endl;
		cout?<<?"A-y:"?<<?y?<<?endl;
	}
private:
	int?x;
	int?y?=?10;?//?in-class?initializer
};

class?testB
{
public:
	void?printf()?const
	{
		cout?<<?"B:"?<<?data?<<?endl;
	}
private:
	int?data;
	testA?a;
};

testB?b1;

int?main()
{
	b1.printf();
	testB?b2;
	b2.printf();

	system("pause");
	return?0;
}

如果是動態(tài)初始化的對象，輸出結(jié)果和上圖一樣，代碼如下：

#includeusing?namespace?std;

class?testA
{
public:
	testA()
	{
		cout?<<?"A-x:"?<<?x?<<?endl;
		cout?<<?"A-y:"?<<?y?<<?endl;
	}
private:
	int?x;
	int?y?=?10;?//?in-class?initializer
};

class?testB
{
public:
	void?printf()?const
	{
		cout?<<?"B:"?<<?data?<<?endl;
	}
private:
	int?data;
	testA?a;
};

testB?*b1=new?testB();

int?main()
{
	b1->printf();
	testB?*b2?=?new?testB;
	b2->printf();

	system("pause");
	return?0;
}

? ? ? ?但是如果在main函數(shù)中，對b2進(jìn)行value initialization，即將testB *b2 =new testB;改成testB *b2 =new testB();，那么類中的built-in type成員都會被default initialization了。輸出結(jié)果如下所示：

? ? ? ?還需注意的是數(shù)組的初始化。

? ? ? ?定義數(shù)組時，如果沒有顯示提供初始化列表，則數(shù)組元素的默認(rèn)化初始規(guī)則同普通變量一樣：函數(shù)體外定義的內(nèi)置類型數(shù)組，其元素初始為0；函數(shù)體內(nèi)定義的內(nèi)置類型數(shù)組，其元素?zé)o初始化；類類型數(shù)組無論在哪里定義，皆調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化，無默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)則必須提供顯示初始化列表。
? ? ? ?如果定義數(shù)組時，僅提供了部分元素的初始列表，其剩下的數(shù)組元素，若是類類型則調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始，若是內(nèi)置類型則初始為0（不論數(shù)組定義位置）。
? ? ? ?對于動態(tài)分配的數(shù)組，如果數(shù)組元素是內(nèi)置類型，其元素?zé)o初始化；如果數(shù)組元素是類類型，依然調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化。也可以在使用跟在數(shù)組長度后面的一對空圓括號對數(shù)組元素做值初始化。
例如： int *ptrA = new int[10];
　　　 int *ptrB = new int[10] ();
? ? ? ?其中ptrA指向的動態(tài)數(shù)組其元素未初始化，而ptrB指向的動態(tài)數(shù)組元素被初始化為0。

四.賦值(Assignment)?
? ? ? ?賦值的結(jié)果是左邊的操作元，為左值，也就是說，下面的寫法語法正確

int?a?=?0;
(a?=?0)?=?1;?//?the?final?value?of?a?is?1

? ? ? ?因?yàn)橘x值操作符的優(yōu)先級很低，該帶括號的時候不能遺漏。
? ? ? ?順便提一下++i和i++的區(qū)別：前者將操作元增加，并且返回改變后的操作元；后者將操作數(shù)增加，返回原先值得拷貝作為結(jié)果。前置自增返回的結(jié)果是左值，后置自增返回的是右值。前置自增操作符做的無用功少，雖然C++編譯器對int和指針類型的后置自增操作符作了優(yōu)化，C++ Primer推薦如無特殊需求，優(yōu)先使用前置自增操作符。

? ? ? ?數(shù)組不支持拷貝初始化或者將一個整體賦值給另一個數(shù)組。

int?a[]?=?{0,1,2}?int?a2[]?=?a;?//?error:?cannot?assign?one?array?to?another