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C++构造函数（从本质上理解）

来源：网络整理时间：2023/2/17 11:56:38 共 3651 浏览

在 C++ 程序中，变量在定义时可以初始化。如果不进行初始化，变量的初始值会是什么呢？对全局变量和局部变量来说，这个答案是不一样的。

未初始化的全部变量

全局变量在程序装入内存时就已经分配好了存储空间，程序运行期间其地址不变。对于程序员没有初始化的全局变量，程序启动时自动将其全部初始化为 0（即变量的每个比特都是 0）。

在大多数情况下，这是一种稳妥的做法。而且，将全局变量自动初始化为 0，是程序启动时的一次性工作，不会花费多少时间，所以大多数 C++ 编译器生成的程序，未初始化的全局变量的初始值都是全 0。

未初始化的局部变量

对于局部变量，如果不进行初始化，那么它的初始值是随机的。局部变量定义在函数内部，其存储空间是动态分配在栈中的。

函数被调用时，栈会分配一部分空间存放该函数中的局部变量（包括参数），这片新分配的存储空间中原来的内容是什么，局部变量的初始内容也就是什么，因此局部变量的初始值是不可预测的。

函数调用结束后，局部变量占用的存储空间就被回收，以便分配给下一次函数调用中涉及的局部变量。

为什么不将局部变量自动初始化为全 0 呢？因为一个函数的局部变量在内存中的地址，在每次函数被调用时都可能不同，因此自动初始化的工作就不是一次性的，而是每次函数被调用时都耍做，这会带来无谓的时间开销。

当然，如果程序员在定义局部变量时将其初始化了，那么这个初始化的工作也是每次函数被调用时都要做的，但这是编程者要求做的，因而不会是无谓的。

对象的初始化

对象和基本类型的变量一样，定义时也可以进行初始化。一个对象，其行为和内部结构可能比较复杂，如果不通过初始化为其某些成员变量赋予一个合理的值，使用时就会产生错误。例如，有些以指针为成员变量的类可能会要求其对象生成时，指针就已经指向一片动态分配的存储空间。

对象的初始化往往不只是对成员变量赋值这么简单，也可能还要进行一些动态内存分配、打开文件等复杂的操作，在这种情况下，就不可能用初始化基本类型变量的方法来对其初始化。

虽然可以为类设汁一个初始化函数，对象定义后就立即调用它，但这样做的话，初始化就不具有强制性，难保程序员在定义对象后不会忘记对其进行初始化。面向对象的程序设计语言倾向于对象一定要经过初始化后，使用起来才比较安全。因此，引入了构造函数（constructor）的概念，用于对对象进行自动初始化。

在C++语言中，“构造函数”就是一类特殊的成员函数，其名字和类的名字一样，并且不写返回值类型（void 也不写）。

构造函数可以被重载，即一个类可以有多个构造函数。

如果类的设计者没有写构造函数，那么编译器会自动生成一个没有参数的构造函数，虽然该无参构造函数什么都不做。

无参构造函数，不论是编译器自动生成的，还是程序员写的，都称为默认构造函数（default constructor）。如果编写了构造函数，那么编译器就不会自动生成默认构造闲数。

对象在生成时，一定会自动调用某个构造函数进行初始化，对象一旦生成，就再也不会在其上执行构造函数。

初学者常因“构造函数”这个名称而认为构造函数负责为对象分配内存空间，其实并非如此。构造函数执行时，对象的内存空间已经分配好了，构造函数的作用是初始化这片空间。

为类编写构造函数是好的习惯，能够保证对象生成时总是有合理的值。例如，一个“雇员”对象的年龄不会是负的。

来看下面的程序片段：

class Complex{
private:
    double real, imag;  //实部和虚部
public:
    void Set(double r, double i);  //设置实部和虚部
};

上面这个 Complex 类代表复数，没有编写构造函数，因此编译器会为 Complex 类自动生成一个无参的构造函数。

下面两条定义或动态生成 Complex 对象的语句，都会导致该无参构造函数被调用，以对 Complex 对象进行初始化。

Complex c;  //c用无参构造函数初始化
Complex *p = new Complex;  //对象 *p 用无参构造函数初始化

如果为 Complex 类编写了构造闲数，如下所示：

class Complex{
private:
    double real, imag;
public:
    Complex(double r, double i = 0);  //第二个参数的默认值为0
};

Complex::Complex(double r,double i){
    real = r;
    imag = i;
}

那么以下语句有的能够编译通过，有的则不行：

Complex cl;  //错，Complex 类没有无参构造函数（默认构造函数）
Complex* pc = new Complex;  //错，Complex 类没有默认构造函数
Complex c2(2);  //正确，相当于 Complex c2(2, 0)
Complex c3(2, 4), c4(3, 5);  //正确
Complex* pc2 = new Complex(3, 4);  //正确

C++ 规定，任何对象生成时都一定会调用构造闲数进行初始化。第 1 行通过变量定义的方式生成了 c1 对象，第 2 行通过动态内存分配生成了一个 Complex 对象，这两条语句均没有涉及任何关于构造函数参数的信息，因此编译器会认为这两个对象应该用默认构造函数初始化。可是 Complex 类已经有了一个构造函数，编译器就不会自动生成默认构造函数，于是 Complex 类就不存在默认构造函数，所以上述两条语句就无法完成对象的初始化，导致编译时报错。

构造函数是可以重载的，即可以写多个构造函数，它们的参数表不同。当编译到能生成对象的语句时，编译器会根据这条语句所提供的参数信息决定该调用哪个构造函数。如果没有提供参数信息，编译器就认为应该调用无参构造函数。

下面是一个有多个构造函数的 Complex 类的例子程序。

class Complex{
private:
    double real, imag;
public:
    Complex(double r);
    Complex(double r, double i);
    Complex(Complex cl, Complex c2);
};

Complex::Complex(double r)  //构造函数 1
{
    real = r;
    imag = 0;
}
Complex :: Complex(double r, double i)  //构造数 2
{
    real = r;
    imag = i;
}
Complex :: Complex(Complex cl, Complex c2)  //构造函数 3
{
    real = cl.real + c2.real;
    imag = cl.imag + c2.imag;
}
int main(){
    Complex cl(3), c2(1,2), c3(cl,c2), c4 = 7;
    return 0;
}

根据参数个数和类型要匹配的原则，c1、c2、c3、c4 分别用构造函数 1、构造函数 2、构造函数 3 和构造函数 4 进行初始化。初始化的结果是：c1.real = 3，c1.imag = 0 （不妨表示为 c1 = {3, 0}），c2 = {1, 2}，c3 = {4, 2}, c4 = {7, 0}。

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