C++构造函数为什么要依赖初始化列表？
C++ 构造函数为何青睐初始化列表？那点不得不说的“前世今生”
在 C++ 的世界里，构建一个对象就如同搭建一座精密的房子，而构造函数则是这房子的“奠基石”和“设计师”。它负责在对象诞生之初，为其成员变量赋予初始值，确保对象拥有一个合法且可用的状态。然而，在众多构造函数的设计手法中，初始化列表（Initializer List）却显得尤为重要，甚至可以说是 C++ 程序员绕不开的“心头好”。这究竟是为何？为什么 C++ 要如此强调初始化列表呢？今天，我们就来深入探究一番。
回溯：初始化列表的“前世”—— 直接赋值的困境
在 C++ 的早期，以及一些其他语言的经验中，我们可能习惯于在构造函数体内直接给成员变量赋值，就像这样：
```c++
class MyClass {
public:
int x;
std::string name;
MyClass(int val, const std::string& str) {
x = val; // 直接赋值
name = str; // 直接赋值
}
};
```
这种方式看上去直观，但它背后隐藏着一些微妙但关键的效率问题和潜在的“陷阱”。
想象一下，当一个对象被创建时，它的成员变量会经历两个阶段：
1. 默认构造（Default Construction）： 首先，成员变量会根据其自身类型被默认初始化。对于内置类型（如 `int`），这通常意味着一个不确定的值；对于类类型，则会调用其默认构造函数。
2. 赋值（Assignment）： 然后，如果在构造函数体内进行赋值操作，那么成员变量会先经历默认构造，再执行一次赋值操作。
让我们以一个 `std::string` 成员为例：
```c++
class MyClass {
public:
std::string message;
MyClass(const std::string& msg) {
message = msg; // 这里发生了什么？
}
};
```
当 `MyClass("Hello")` 被调用时：
`message` 首先被默认构造，可能是一个空的 `std::string`。
然后， `"Hello"` 被复制（或者移动）到 `message` 中，覆盖掉默认初始化的值。
这就意味着，我们付出了两次操作的代价：一次默认构造，一次赋值。对于像 `std::string` 这样可能涉及内存分配和拷贝的复杂类型，这无疑是一种性能上的浪费。
破局：初始化列表的“今生”—— 直接初始化，事半功倍
初始化列表的出现，正是为了解决上述的效率问题，并引入一种更纯粹的初始化方式。它的核心理念是：在对象创建的早期阶段，直接将成员变量“喂”给它们自己，而不是先“生”出来再“填满”。
让我们看看使用初始化列表的构造函数：
```c++
class MyClass {
public:
int x;
std::string name;
MyClass(int val, const std::string& str) : x(val), name(str) {
// 构造函数体内部可以为空，或者执行其他逻辑
}
};
```
这里的冒号 `:` 后面跟着的就是初始化列表。`x(val)` 和 `name(str)` 表示将 `val` 直接初始化 `x`，将 `str` 直接初始化 `name`。
那么，这与在构造函数体内赋值有什么本质区别呢？
1. 调用时机： 初始化列表中的成员初始化发生在构造函数体被执行之前。这意味着，成员变量直接被其指定的值初始化，而不是先进行默认初始化再赋值。
2. 一次性完成： 对于成员变量来说，初始化列表进行的是一次构造，而不是默认构造后的一次赋值。这避免了不必要的中间步骤。
对于 `std::string` 成员的例子，使用初始化列表就是：
```c++
class MyClass {
public:
std::string message;
MyClass(const std::string& msg) : message(msg) { // 初始化列表中的直接初始化
// 构造函数体
}
};
```
在这里，`message` 在被构造时，直接接收了 `msg` 的值进行初始化，避免了先创建一个默认的空字符串再复制的两次操作。
初始化列表的“强制要求”与不可替代性
除了效率，C++ 强行要求使用初始化列表的情况更加凸显了它的重要性：
1. `const` 成员变量： `const` 成员变量一旦被初始化就不能再修改。如果在构造函数体内试图赋值给 `const` 成员，编译器会报错。初始化列表则提供了唯一合法的方式来初始化它们。
```c++
class ConstantData {
public:
const int value;
// 错误写法：试图在构造函数体内修改 const 成员
// ConstantData(int v) {
// value = v; // 编译错误！
// }
// 正确写法：使用初始化列表
ConstantData(int v) : value(v) {
// 构造函数体
}
};
```
2. 引用成员变量（`&`）： 引用变量也必须在声明时进行初始化，并且之后不能再改变所引用的对象。与 `const` 成员类似，它们只能通过初始化列表来初始化。
```c++
class RefData {
public:
int& data_ref;
// 错误写法：不能在构造函数体内赋值给引用
// RefData(int& d) {
// data_ref = d; // 编译错误！
// }
// 正确写法：使用初始化列表
RefData(int& d) : data_ref(d) {
// 构造函数体
}
};
```
3. 成员是基类或含有类类型的成员（ kompos）： 当一个类包含其他类的对象作为成员时，这些成员（无论是直接的类类型成员还是基类）也必须通过初始化列表来初始化。构造函数体内部的赋值操作实际上是先默认构造了这些成员，然后才调用它们的赋值运算符。初始化列表则直接调用这些成员（或基类）的相应构造函数。
```c++
class Component {
public:
int id;
Component(int i) : id(i) {}
};
class Container {
public:
Component comp;
int data;
// 正确写法：初始化列表用于初始化成员对象 comp
Container(int comp_id, int d) : comp(comp_id), data(d) {
// 构造函数体
}
};
```
如果 `Container` 的构造函数没有显式地在初始化列表中初始化 `comp`，那么 `comp` 将会先被默认构造（如果 `Component` 有默认构造函数），然后再被赋值。但 `Component` 没有默认构造函数，只有带参数的构造函数，在这种情况下，不使用初始化列表的写法是无法编译通过的。即使有默认构造函数，使用初始化列表也会更有效率，直接调用 `Component(comp_id)` 来构造 `comp`。
4. 性能的显著提升： 对于具有复杂构造过程（如内存分配、资源管理）的类类型成员，通过初始化列表直接初始化，可以避免不必要的临时对象创建和复制/移动操作，从而带来可观的性能提升，尤其是在循环或大量对象创建的场景下。
总结：为何初始化列表如此重要？
总而言之，C++ 构造函数之所以如此依赖初始化列表，是因为它提供了：
更高的效率： 避免了默认构造后赋值的冗余步骤，尤其是对于复杂类型的成员。
必要性： 对于 `const` 成员、引用成员，以及类类型的成员（在没有默认构造函数时），初始化列表是唯一合法的初始化方式。
代码清晰性： 将成员变量的初始化逻辑集中在初始化列表，使得构造函数的意图更加明确，易于阅读和维护。它清晰地表达了“这些是对象创建时就应该具备的初始状态”。
面向对象设计的体现： 初始化列表是对象生命周期管理的一部分，确保对象在完全构造完成之前就拥有一个完整的、合法的内部状态。
可以说，初始化列表是 C++ 语言设计中一个非常精妙的特性，它在性能、正确性和代码风格上都扮演着至关重要的角色。对于任何一位 C++ 开发者而言，熟练掌握并优先使用初始化列表，是编写高效、健壮和易于维护代码的关键一步。下一次写构造函数时，不妨多留心一下这个强大的工具，它会让你受益匪浅。
在 C++ 的世界里，构建一个对象就如同搭建一座精密的房子，而构造函数则是这房子的“奠基石”和“设计师”。它负责在对象诞生之初，为其成员变量赋予初始值，确保对象拥有一个合法且可用的状态。然而，在众多构造函数的设计手法中，初始化列表（Initializer List）却显得尤为重要，甚至可以说是 C++ 程序员绕不开的“心头好”。这究竟是为何？为什么 C++ 要如此强调初始化列表呢？今天，我们就来深入探究一番。
回溯：初始化列表的“前世”—— 直接赋值的困境
在 C++ 的早期，以及一些其他语言的经验中，我们可能习惯于在构造函数体内直接给成员变量赋值，就像这样：
```c++
class MyClass {
public:
int x;
std::string name;
MyClass(int val, const std::string& str) {
x = val; // 直接赋值
name = str; // 直接赋值
}
};
```
这种方式看上去直观，但它背后隐藏着一些微妙但关键的效率问题和潜在的“陷阱”。
想象一下，当一个对象被创建时，它的成员变量会经历两个阶段：
1. 默认构造（Default Construction）： 首先，成员变量会根据其自身类型被默认初始化。对于内置类型（如 `int`），这通常意味着一个不确定的值；对于类类型，则会调用其默认构造函数。
2. 赋值（Assignment）： 然后，如果在构造函数体内进行赋值操作，那么成员变量会先经历默认构造，再执行一次赋值操作。
让我们以一个 `std::string` 成员为例：
```c++
class MyClass {
public:
std::string message;
MyClass(const std::string& msg) {
message = msg; // 这里发生了什么？
}
};
```
当 `MyClass("Hello")` 被调用时：
`message` 首先被默认构造，可能是一个空的 `std::string`。
然后， `"Hello"` 被复制（或者移动）到 `message` 中，覆盖掉默认初始化的值。
这就意味着，我们付出了两次操作的代价：一次默认构造，一次赋值。对于像 `std::string` 这样可能涉及内存分配和拷贝的复杂类型，这无疑是一种性能上的浪费。
破局：初始化列表的“今生”—— 直接初始化，事半功倍
初始化列表的出现，正是为了解决上述的效率问题，并引入一种更纯粹的初始化方式。它的核心理念是：在对象创建的早期阶段，直接将成员变量“喂”给它们自己，而不是先“生”出来再“填满”。
让我们看看使用初始化列表的构造函数：
```c++
class MyClass {
public:
int x;
std::string name;
MyClass(int val, const std::string& str) : x(val), name(str) {
// 构造函数体内部可以为空，或者执行其他逻辑
}
};
```
这里的冒号 `:` 后面跟着的就是初始化列表。`x(val)` 和 `name(str)` 表示将 `val` 直接初始化 `x`，将 `str` 直接初始化 `name`。
那么，这与在构造函数体内赋值有什么本质区别呢？
1. 调用时机： 初始化列表中的成员初始化发生在构造函数体被执行之前。这意味着，成员变量直接被其指定的值初始化，而不是先进行默认初始化再赋值。
2. 一次性完成： 对于成员变量来说，初始化列表进行的是一次构造，而不是默认构造后的一次赋值。这避免了不必要的中间步骤。
对于 `std::string` 成员的例子，使用初始化列表就是：
```c++
class MyClass {
public:
std::string message;
MyClass(const std::string& msg) : message(msg) { // 初始化列表中的直接初始化
// 构造函数体
}
};
```
在这里，`message` 在被构造时，直接接收了 `msg` 的值进行初始化，避免了先创建一个默认的空字符串再复制的两次操作。
初始化列表的“强制要求”与不可替代性
除了效率，C++ 强行要求使用初始化列表的情况更加凸显了它的重要性：
1. `const` 成员变量： `const` 成员变量一旦被初始化就不能再修改。如果在构造函数体内试图赋值给 `const` 成员，编译器会报错。初始化列表则提供了唯一合法的方式来初始化它们。
```c++
class ConstantData {
public:
const int value;
// 错误写法：试图在构造函数体内修改 const 成员
// ConstantData(int v) {
// value = v; // 编译错误！
// }
// 正确写法：使用初始化列表
ConstantData(int v) : value(v) {
// 构造函数体
}
};
```
2. 引用成员变量（`&`）： 引用变量也必须在声明时进行初始化，并且之后不能再改变所引用的对象。与 `const` 成员类似，它们只能通过初始化列表来初始化。
```c++
class RefData {
public:
int& data_ref;
// 错误写法：不能在构造函数体内赋值给引用
// RefData(int& d) {
// data_ref = d; // 编译错误！
// }
// 正确写法：使用初始化列表
RefData(int& d) : data_ref(d) {
// 构造函数体
}
};
```
3. 成员是基类或含有类类型的成员（ kompos）： 当一个类包含其他类的对象作为成员时，这些成员（无论是直接的类类型成员还是基类）也必须通过初始化列表来初始化。构造函数体内部的赋值操作实际上是先默认构造了这些成员，然后才调用它们的赋值运算符。初始化列表则直接调用这些成员（或基类）的相应构造函数。
```c++
class Component {
public:
int id;
Component(int i) : id(i) {}
};
class Container {
public:
Component comp;
int data;
// 正确写法：初始化列表用于初始化成员对象 comp
Container(int comp_id, int d) : comp(comp_id), data(d) {
// 构造函数体
}
};
```
如果 `Container` 的构造函数没有显式地在初始化列表中初始化 `comp`，那么 `comp` 将会先被默认构造（如果 `Component` 有默认构造函数），然后再被赋值。但 `Component` 没有默认构造函数，只有带参数的构造函数，在这种情况下，不使用初始化列表的写法是无法编译通过的。即使有默认构造函数，使用初始化列表也会更有效率，直接调用 `Component(comp_id)` 来构造 `comp`。
4. 性能的显著提升： 对于具有复杂构造过程（如内存分配、资源管理）的类类型成员，通过初始化列表直接初始化，可以避免不必要的临时对象创建和复制/移动操作，从而带来可观的性能提升，尤其是在循环或大量对象创建的场景下。
总结：为何初始化列表如此重要？
总而言之，C++ 构造函数之所以如此依赖初始化列表，是因为它提供了：
更高的效率： 避免了默认构造后赋值的冗余步骤，尤其是对于复杂类型的成员。
必要性： 对于 `const` 成员、引用成员，以及类类型的成员（在没有默认构造函数时），初始化列表是唯一合法的初始化方式。
代码清晰性： 将成员变量的初始化逻辑集中在初始化列表，使得构造函数的意图更加明确，易于阅读和维护。它清晰地表达了“这些是对象创建时就应该具备的初始状态”。
面向对象设计的体现： 初始化列表是对象生命周期管理的一部分，确保对象在完全构造完成之前就拥有一个完整的、合法的内部状态。
可以说，初始化列表是 C++ 语言设计中一个非常精妙的特性，它在性能、正确性和代码风格上都扮演着至关重要的角色。对于任何一位 C++ 开发者而言，熟练掌握并优先使用初始化列表，是编写高效、健壮和易于维护代码的关键一步。下一次写构造函数时，不妨多留心一下这个强大的工具，它会让你受益匪浅。
网友意见
我来提点似乎比较少人提的点：
初始化成员变量这么简单的事哪里让编译器无法判断了，哪个变量在哪里第一次被赋值编译器心里没点数吗？
实际上，对于复杂项目，编译器在编译期确实是不知道的“哪个变量在哪里第一次被赋值”的。
例如说类A的构造函数实现在a.cpp里，所以类A的初始化列表和它的构造函数具体实现都只在编译a.cpp时可见。但是它在b.cpp里new，所以你赋值的大括号在编译b.cpp时才可见。所以，初始化列表、构造函数、赋值大括号并不总是同时可见的，自然就不可能在编译期知道：“哪个变量在哪里第一次被赋值”。而且这种场景在实际工作中才是主流模式，都写到一个文件里的，那多半是个demo，而且还是个很简陋的demo。
当然，真要想知道也不是太难，编译器偷偷增加个bit去记录成员变量是否被初始化的运行时信息，然后再根据这些信息选择操作，也行。但这就违反了C/C++的一贯原则：“非必要无开销”。
不过：
初始化列表这个东西真是集简陋与难看于一身
这个吐槽我倒是在一定程度上同意——当然很可能不是题主所设想的方向。
主要想吐槽的是初始化列表的执行顺序是声明顺序而不是初始化列表顺序。
这么设计的好处实话说我没想到，但一个很明显的坏处就是：当某个类的成员之间的依赖关系变了，需要调整初始化顺序时，就必须修改类的声明。而往往类的声明是在头文件里的，如果这个头文件被广泛的包含的话，那就会触发一大片的重编——在大型项目里，这可能就是一两个小时了。
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