在C++面向对象编程中，对象的构建是一个核心环节。当我们创建一个类的实例时，其成员变量需要被赋予初始值。C++提供了多种方式来完成这个任务，其中，成员初始化列表（Member Initializer List）是一种极其重要且推荐使用的机制。它不仅仅是语法糖，在很多情况下甚至是必需的。本文将围绕成员初始化列表，详细解答它是什么、为什么使用、在哪些地方使用、有什么细节和注意事项以及如何正确使用等问题。
是什么？——成员初始化列表的定义与语法
简单来说，成员初始化列表是C++中在类构造函数定义中指定成员变量或基类初始化的一个特殊语法结构。它位于构造函数参数列表的圆括号之后，花括号表示的构造函数体之前，由一个冒号（:）引导，其后是逗号分隔的初始化表达式列表。
语法形式如下：
ClassName::ClassName(parameters) : initializer1, initializer2, …
{
// Constructor body (可选，执行初始化后的进一步操作)
}
这里的initializer可以是：
memberName(expression)或memberName{expression}：用于初始化类的非静态成员变量。BaseClassName(expression)或BaseClassName{expression}：用于初始化基类子对象。
例如：
class MyClass {
int a;
double b;
public:
MyClass(int x, double y) : a(x), b(y) {
// 成员a和b在这里已经被初始化
}
};
或者使用统一初始化语法：
class MyClass {
int a;
double b;
public:
MyClass(int x, double y) : a{x}, b{y} {
// 成员a和b在这里已经被初始化
}
};
初始化列表的作用是在构造函数体执行之前，完成类成员和基类的初始化工作。
为什么？——使用成员初始化列表的必要性与优势
为什么不直接在构造函数体内部使用赋值语句来初始化成员呢？原因如下：
必须使用初始化列表的情况：
- 初始化
const成员：const成员变量必须在对象创建时立即初始化，不能先声明再赋值。初始化列表是初始化const成员的唯一方式。 - 初始化引用（Reference）成员： 引用也必须在声明时绑定到一个对象，不能先声明再绑定（赋值）。初始化列表是初始化引用成员的唯一方式。
- 初始化没有默认构造函数或只有带参数构造函数的成员： 如果一个成员变量是某个类类型的对象，并且该类没有提供默认构造函数（即无参构造函数），或者其构造函数是
explicit的需要参数，那么你必须在初始化列表中调用其合适的构造函数来初始化该成员。如果在构造函数体内部对这样的成员进行赋值，它首先会尝试调用默认构造函数，如果不存在则编译错误。 - 初始化基类： 当派生类构造时，必须负责初始化其基类部分。特别地，如果基类没有默认构造函数，或者需要调用基类的特定构造函数，则必须在派生类的初始化列表中显式地调用基类的构造函数。
优先使用初始化列表的情况（优势）：
- 效率更高： 对于类类型的成员变量，在初始化列表中进行初始化是直接构造。而在构造函数体内部使用赋值是先调用该成员的默认构造函数（如果存在），然后调用赋值运算符。这对于复杂的对象来说，会多进行一次构造和一次赋值的操作，效率较低。使用初始化列表可以避免不必要的临时对象创建和拷贝/移动操作。
class MyString { /* … */ }; // 假设 MyString 有默认构造函数和赋值运算符
// 使用初始化列表 (推荐): 直接调用 MyString 的构造函数
MyClass::MyClass(const MyString& s) : my_string_member(s) { /* … */ }// 在构造函数体内部赋值 (效率较低):
// 1. 调用 my_string_member 的默认构造函数
// 2. 调用 my_string_member 的赋值运算符
MyClass::MyClass(const MyString& s) {
my_string_member = s;
} - 代码更清晰，意图更明确： 初始化列表清晰地表明了成员变量是如何被构造的，将成员的创建和初始化与构造函数体的其他逻辑（如资源管理、状态设置等）分离开来。
- 统一的初始化方式： 无论是内置类型、类类型、
const、引用还是基类，都可以通过初始化列表进行初始化，提供了一种统一且一致的处理成员初始化的方式。 - 异常安全： 如果在成员初始化列表中某个成员的构造抛出了异常，那么构造函数会立即退出，并且已经成功构造的成员会被正确地析构。如果在构造函数体内部赋值过程中抛出异常，情况会更复杂一些。
哪里？——成员初始化列表的使用位置与上下文
成员初始化列表主要用在以下几个地方：
-
类构造函数的定义： 这是最常见和主要的用途，如前所述，用于初始化非静态成员变量和直接基类。无论构造函数是定义在类体内还是类体外，初始化列表都紧跟在构造函数参数列表之后。
class Example {
int x;
public:
Example(int val);
// 声明
};// 定义 (在类体外)
Example::Example(int val) : x(val) {
// …
} -
委托构造函数（C++11及以后）： 一个构造函数可以通过初始化列表调用同类的另一个构造函数。这种情况下，初始化列表只包含对另一个构造函数的调用，不能同时初始化其他成员。
class MyClass {
int a;
double b;
public:
MyClass(int x, double y) : a(x), b(y) {
// 主构造函数
}
MyClass(int x) : MyClass(x, 0.0) {
// 委托构造函数，调用上面的构造函数
}
};
需要注意的是，虽然C++11引入了使用花括号{}进行集合或对象初始化的std::initializer_list（标准库中的一个模板类），它允许函数接受可变数量的同类型参数并用于初始化容器等，但这与类构造函数中的成员初始化列表是两个不同的概念，尽管语法上都可能用到花括号。本文主要讨论的是用于初始化类成员和基类的成员初始化列表。
多少/细节？——成员初始化列表的初始化顺序与注意事项
在使用成员初始化列表时，有一些重要的细节需要注意：
初始化顺序是关键！
成员变量的初始化顺序与它们在初始化列表中的顺序无关，而完全取决于它们在类定义中的声明顺序。 基类会在派生类成员之前初始化。
这个规则非常重要，尤其是在一个成员的初始化依赖于另一个成员时。如果依赖的成员在类定义中声明在后面，那么在它被初始化之前，依赖它的成员就会使用一个未初始化的值，导致不确定的行为。
class OrderExample {
int y;
int x;
public:
// 尽管初始化列表中是 x 先，y 后
// 但实际初始化顺序是按照声明顺序来的：先 y，后 x
OrderExample(int val) : x(y), y(val) {
// 理论上 x 应该等于 val
// 但实际上，当 x(y) 执行时，y 还没有被初始化，y 的值是不确定的。
// y 会在 x 之后才被初始化为 val。
// 这是一个常见的错误源！
std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl;
// 输出 x 将是垃圾值
}
};
// 正确的做法是按照声明顺序或确保依赖的成员先声明：
// class OrderExampleCorrect {
// int y;
// int x;
// public:
// OrderExampleCorrect(int val) : y(val), x(y) {
// // 现在 y 在 x 之前被初始化，x(y) 可以正确使用 y 的值。
// }
// };
为了避免这种问题，最佳实践是：
- 始终按照成员在类中声明的顺序来编写初始化列表，这有助于视觉上的匹配和理解。
- 避免让一个成员的初始化依赖于在它之后声明的另一个成员。
初始化不同类型的成员：
- 内置类型（int, double, char*, etc.）： 可以直接使用字面值、构造函数参数或表达式进行初始化。
- 类类型成员： 可以通过调用其相应的构造函数进行初始化，传递所需的参数。
- 指针成员： 可以初始化为
nullptr或某个内存地址。 - 引用成员： 必须绑定到一个已经存在的对象或有效的内存位置。
const成员： 必须在初始化列表中赋值。- 静态成员： 静态成员变量不属于类的任何特定对象，它们在类级别存在。静态成员变量不能在构造函数的初始化列表中初始化。它们通常在类定义外部进行定义和初始化（如果是非
const或非常量表达式的const）。
初始化基类：
派生类构造函数必须通过初始化列表来初始化其直接基类。如果基类有默认构造函数，且派生类没有显式调用其他基类构造函数，那么基类的默认构造函数会被自动调用。但如果基类没有默认构造函数，或者需要传递参数给基类构造函数，就必须在派生类的初始化列表中显式调用。
class Base {
int base_val;
public:
Base(int v) : base_val(v) {
// 基类构造函数
}
// 没有默认构造函数
};class Derived : public Base {
int derived_val;
public:
// 派生类必须在初始化列表中调用基类的带参构造函数
Derived(int b_val, int d_val) : Base(b_val), derived_val(d_val) {
// …
}
};
如何/怎么做？——正确使用成员初始化列表的实践建议
根据以上的讨论，以下是如何正确和有效地使用成员初始化列表的建议：
-
总是使用初始化列表： 养成习惯，即使成员是内置类型或有默认构造函数的类类型，也优先在初始化列表中进行初始化，而不是在构造函数体内部赋值。这保证了代码的一致性、更高的效率，并且可以避免将来修改类定义（例如添加
const或引用成员）时需要大规模修改构造函数体。// 推荐
MyClass::MyClass(int x) : member_var(x) {
// …
}// 不推荐
MyClass::MyClass(int x) {
member_var = x; // 先默认构造，后赋值
} -
注意声明顺序： 在定义类的成员变量时，仔细考虑它们的依赖关系，并将被依赖的成员声明在前面。在编写初始化列表时，最好也按照声明顺序排列成员，以增强代码的可读性和避免因顺序错误导致的逻辑问题。
-
正确初始化基类： 如果基类需要参数或没有默认构造函数，务必在派生类的初始化列表中显式调用相应的基类构造函数。
-
使用统一初始化（花括号
{}）： C++11引入了统一初始化语法，推荐在初始化列表和其他需要初始化的场景中使用花括号{}。它可以用于初始化任何类型（内置、数组、类等），并且相比圆括号()，它不允许窄化转换（narrowing conversion），例如将double隐式转换为int，从而提高了类型安全性。// 使用圆括号
MyClass::MyClass(int x, double y) : a(x), b(y) { /* … */ }// 使用花括号 (推荐)
MyClass::MyClass(int x, double y) : a{x}, b{y} { /* … */ } -
构造函数体用于其他逻辑： 构造函数体应该用于执行那些不能在初始化列表中完成的任务，例如：
- 验证初始化参数的有效性。
- 执行涉及多个成员的复杂设置。
- 分配额外的资源（如动态内存），并进行错误检查。
- 调用成员函数（需谨慎，因为对象尚未完全构造）。
总结
成员初始化列表是C++中一个强大而重要的特性。理解并掌握它对于编写高效、正确且健壮的C++代码至关重要。它不仅是初始化const成员、引用成员和没有默认构造函数成员的必要手段，更是实现类成员和基类高效初始化的推荐方式。通过正确使用初始化列表，我们可以确保对象在创建时处于有效的状态，避免潜在的运行时错误和性能开销。始终优先使用初始化列表，并注意成员的声明顺序，是每个C++程序员应该遵循的良好实践。
