C++ 初始化列表详解

何谓初始化列表

与其他函数不同，构造函数除了有名字，参数列表和函数体之外，还可以有初始化列表，初始化列表以冒号开头，后跟一系列以逗号分隔的初始化字段。在C++中，struct和class的唯一区别是默认的访问性不同，而这里我们不考虑访问性的问题，所以下面的代码都以struct来演示。

struct foo
{
    string name ;
    int id ;
    foo(string s, int i):name(s), id(i){} ; // 初始化列表
};

构造函数的两个执行阶段

构造函数的执行可以分成两个阶段，初始化阶段和计算阶段，初始化阶段先于计算阶段。

初始化阶段

所有类类型（class type）的成员都会在初始化阶段初始化，即使该成员没有出现在构造函数的初始化列表中。

计算阶段

一般用于执行构造函数体内的赋值操作，下面的代码定义两个结构体，其中Test1有构造函数，拷贝构造函数及赋值运算符，为的是方便查看结果。Test2是个测试类，它以Test1的对象为成员，我们看一下Test2的构造函数是怎么样执行的。

struct Test1
{
    Test1() // 无参构造函数
    { 
        cout << "Construct Test1" << endl ;
    }

    Test1(const Test1& t1) // 拷贝构造函数
    {
        cout << "Copy constructor for Test1" << endl ;
        this->a = t1.a ;
    }

    Test1& operator = (const Test1& t1) // 赋值运算符
    {
        cout << "assignment for Test1" << endl ;
        this->a = t1.a ;
        return *this;
    }

    int a ;
};

struct Test2
{
    Test1 test1 ;
    Test2(Test1 &t1)
    {
        test1 = t1 ;
    }
};

调用代码

Test1 t1 ;
Test2 t2(t1) ;

输出

解释一下，第一行输出对应调用代码中第一行，构造一个Test1对象。第二行输出对应Test2构造函数中的代码，用默认的构造函数初始化对象test1，这就是所谓的初始化阶段。第三行输出对应Test1的赋值运算符，对test1执行赋值操作，这就是所谓的计算阶段。

为什么使用初始化列表

初始化类的成员有两种方式，一是使用初始化列表，二是在构造函数体内进行赋值操作。使用初始化列表主要是基于性能问题，对于内置类型，如int, float等，使用初始化类表和在构造函数体内初始化差别不是很大，但是对于类类型来说，最好使用初始化列表，为什么呢？由上面的测试可知，使用初始化列表少了一次调用默认构造函数的过程，这对于数据密集型的类来说，是非常高效的。同样看上面的例子，我们使用初始化列表来实现Test2的构造函数

struct Test2
{
    Test1 test1 ;
    Test2(Test1 &t1):test1(t1){}
}

使用同样的调用代码，输出结果如下。

第一行输出对应 调用代码的第一行。第二行输出对应Test2的初始化列表，直接调用拷贝构造函数初始化test1，省去了调用默认构造函数的过程。所以一个好的原则是，能使用初始化列表的时候尽量使用初始化列表。

哪些东西必须放在初始化列表中

除了性能问题之外，有些时场合初始化列表是不可或缺的，以下几种情况时必须使用初始化列表

常量成员，因为常量只能初始化不能赋值，所以必须放在初始化列表里面引用类型，引用必须在定义的时候初始化，并且不能重新赋值，所以也要写在初始化列表里面没有默认构造函数的类类型，因为使用初始化列表可以不必调用默认构造函数来初始化，而是直接调用拷贝构造函数初始化。

对于没有默认构造函数的类，我们看一个例子。

struct Test1
{
    Test1(int a):i(a){}
    int i ;
};

struct Test2
{
    Test1 test1 ;
    Test2(Test1 &t1)
    {
        test1 = t1 ;
    }
};

以上代码无法通过编译，因为Test2的构造函数中test1 = t1这一行实际上分成两步执行。

1. 调用Test1的默认构造函数来初始化test1

2. 调用Test1的赋值运算符给test1赋值

但是由于Test1没有默认的构造函数，所谓第一步无法执行，故而编译错误。正确的代码如下，使用初始化列表代替赋值操作。

struct Test2
{
    Test1 test1 ;
    Test2(Test1 &t1):test1(t1){}
}

成员变量的初始化顺序

成员是按照他们在类中出现的顺序进行初始化的，而不是按照他们在初始化列表出现的顺序初始化的，看代码。

struct foo
{
    int i ;
    int j ;
    foo(int x):i(x), j(i){}; // ok, 先初始化i，后初始化j
};

再看下面的代码

struct foo
{
    int i ;
    int j ;
    foo(int x):j(x), i(j){} // i值未定义
};

这里i的值是未定义的，虽然j在初始化列表里面出现在i前面，但是i先于j定义，所以先初始化i，但i由j初始化，此时j尚未初始化，所以导致i的值未定义。所以，一个好的习惯是，按照成员定义的顺序进行初始化。