C++ 构造函数的优化

继承构造函数

在 c++中有一个规则，如果派生类使用基类的成员函数，可以通过 using 声明来完成，如下：

#include <iostream>

using namespace std;

struct Base {
    void fun(double i) {
        cout << "Base:" << i << endl;
    }
};

struct Derived : Base {
    using Base::fun;
    void fun(int i) {
        cout << "Derived:" << i << endl;
    }
};

int main() {
    Base b;
    b.fun(4.5);  // Base:4.5

    Derived d;
    d.fun(4.5); // Base:4.5
    d.fun(1);   // Derived:1
    return 0;
}

在派生类 Derived 中使用 using 声明，派生类就拥有了两个 fun 函数的版本。派生类传入浮点字面常量 4.5，结果会调用基类的版本。在 c++11 中，这个想法被扩展到了构造函数上，子类可以通过使用 using 声明来声明继承基类的构造函数。继承构造函数只会初始化基类的成员变量，对于派生类的成员变量则无能为力。

#include <iostream>
using namespace std;

struct A {
    A(int i) {
        cout << "A:i=" << i << endl;
    }

    A(double d, int i) {

    }

    A(float f, int i, const char* c) {
    }
};

struct B : A {
    using A::A; // using 声明
    int d {0}; // 初始化派生类的成员
};

int main() {
    B b(123); // b.d被初始化为0
    cout << "B:d=" << b.d << endl;
}

如果基类构造函数有默认值，对于继承构造函数讲，参数的默认值是不会被继承的。默认值导致基类产生多个构造函数的版本，这些函数版本都会被派生类继承。

struct A {
    A (int a = 3, double d = 3.3) {
    }
};

struct B : A {
    using A::A;
};

B 中的构造函数会包括如下的一些： B (int, double);这是一个继承构造函数 B (int);这是减少一个参数的继承构造函数 B(const B&);这个复制构造函数，不是继承来的 B() 这是不包含参数的默认构造函数

如果一个派生类有多个基类，可能会产生继承构造函数冲突的情况。

struct A {
    A(int) {
    }
};

struct B{
    B(int) {
    }
};

struct C : A, B {
    using A::A;
    using B::B;
};

解决方法就是在 C 中显示定义冲突的构造函数

#include <iostream>

using namespace std;


struct A {
    A(int i) {
        cout << "A:" << i << endl;
    }
};

struct B{
    B(int i) {
        cout << "B:" << i << endl;
    }
};

struct C : A, B {
    using A::A;
    using B::B;

    C(int i) : A(i), B(i) {
        cout << "C:" << i << endl;
    }
};

int main() {
    C c(4);
    return 0;
}

如果基类的构造函数被声明是私有成员函数，或者派生类是从基类虚继承的，那么就不能在派生类中声明继承构造函数。如果使用了继承构造函数，编译器不会再为派生类生成默认构造函数。

委派构造函数

委派构造函数对构造函数的一项改进，其目的是减少程序员书写构造函数的时间。下面是一个构造函数代码冗余的例子。

#include <iostream>
using namespace std;

class Info {
  public:
    Info() : type(1), name('a') {
        InitRest();
    }

    Info(int i) : type(i), name('a') {
        InitRest();
    }

    Info(char e) : type(1), name(e) {

    }

  private:
    void InitRest() {     //其他初始化
        cout << "InitRest" << endl;
    }

    int type;
    char name;

};

三个构造函数基本上是相似的，代码存在很多重复。在 C++11 中，我们可以通过委派构造函数来简化。

#include <iostream>
using namespace std;

class Info {
  public:
    Info() {
        InitRest();
    }

    Info(int i) : Info() { // 委派Info()
        type = i;
        cout << "i = " << i << endl;
    }

    Info(char e) : Info() { // 委派Info()
        name = e;
        cout << "e=" << e << endl;
    }

  private:
    void InitRest() {     //其他初始化
        cout << "InitRest" << endl;
    }

    int type {1};  //成员初始化
    char name {'a'};

};

在 Info(int)和 Info(char)的初始化列表位置，调用了基准版本的构造函数 Info()。我们称在初始化列表中调用“基准版本”的构造函数为委派构造函数，而被调用的“基准版本”则为目标构造函数。在 C++11 中，所谓委派构造，就是指委派函数将构造的任务委派给了目标构造函数来完成这样的一种类构造的方式。构造函数不能同时委派和使用初始化列表，Info(int i) : Info(), type(i) {}就是错误的做法。可改变目标构造函数，使得委派构造函数依然可以在初始列表中初始化所有成员。

#include <iostream>
using namespace std;

class Info {
  public:
    Info() : Info(1, 'a') {
    }

    Info(int i) : Info(i, 'a') { // 委派Info()
        cout << "i = " << i << endl;
    }

    Info(char e) : Info(1, e) { // 委派Info()
        cout << "e=" << e << endl;
    }

  private:
    Info(int i, char e) : type(i), name(e) {
        // 其他初始化语句
    }
    int type {1};  //成员初始化
    char name {'a'};

};

在有多个委派构造函数的时候，可能会出现链状的委托构造，有些构造函数即使委托构造函数，也是目标构造函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class Info {
  public:
    Info() : Info(1) { // 委托构造函数
    }

    Info(int i) : Info(i, 'a') {
        cout << "i = " << i << endl;
    }

    Info(char e) : Info(1, e) { // 即使目标构造函数，也是委托构造函数
        cout << "e=" << e << endl;
    }

  private:
    Info(int i, char e) : type(i), name(e) {
        // 其他初始化语句
    }
    int type {1};  //成员初始化
    char name {'a'};

};

在委托构造的链状关系中，不能形成委托环，委托环会相互依赖构造函数，导致编译失败。

在异常处理方面，如果在委派构造函数中使用 try，那么从目标构造函数产生的异常，都可以在委派构造函数中被捕捉到。

#include <iostream>

using namespace std;

class DCException {
  public:
    DCException(double d)
            try : DCException(1, d) {
                cout << "run the body" << endl;
            }
    catch (...) {
        cout << "caught exception" << endl;
    }

  private:
    DCException(int i, double d) : type(i), data(d) {
        cout << "going to throw" << endl;
        throw 0;
    }

    int type;
    double data;

};

int main() {

    DCException(4.5);

}