C++構造函數與初始化全面指南：從基礎到高級實踐

1. 構造函數基礎概念

構造函數是C++中一種特殊的成員函數，它在創建類對象時自動調用，用于初始化對象的數據成員。構造函數的核心特點包括：

• 與類同名
• 無返回類型（連void都沒有）
• 可以重載（一個類可以有多個構造函數）
• 通常聲明為public（除非有特殊需求）

1.1 默認構造函數

默認構造函數是不需要任何參數的構造函數。如果用戶沒有定義任何構造函數，編譯器會自動生成一個默認構造函數。

class MyClass {
public:MyClass() { // 默認構造函數std::cout << "默認構造函數被調用" << std::endl;}
};// 使用
MyClass obj; // 調用默認構造函數

2. 構造函數初始化方式

2.1 賦值初始化（傳統方式）

class Point {int x;int y;
public:Point(int a, int b) {x = a; // 賦值初始化y = b; // 賦值初始化}
};

2.2 初始化列表（推薦方式）

C++更推薦使用成員初始化列表，它在構造函數體執行前完成初始化，效率更高。對于const成員和引用成員，初始化列表是必須使用的唯一方式。

為什么const成員和引用成員必須使用初始化列表？

1. const成員的不可變性：

   • const成員一旦被初始化后，其值不可再修改
   • 如果允許在構造函數體內賦值，這實際上是對const成員的二次賦值（編譯器會先默認初始化，再嘗試賦值），違反了const語義

2. 引用成員的本質：

   • 引用是別名，必須在創建時綁定到一個已存在的對象
   • 引用一旦綁定后，無法再指向其他對象
   • 在構造函數體內"初始化"引用會導致引用在聲明時未綁定（非法）

class ConstRefDemo {const int constValue;  // const成員int& refValue;         // 引用成員int normalValue;       // 普通成員
public:// const和引用成員必須使用初始化列表ConstRefDemo(int cv, int& rv) : constValue(cv), refValue(rv) {normalValue = 0;  // 普通成員可以在構造函數體內賦值}// 錯誤示例：/*ConstRefDemo(int cv, int& rv) {constValue = cv;  // 錯誤！const成員不能在構造函數體內賦值refValue = rv;    // 錯誤！引用必須在定義時綁定normalValue = 0;}*/
};

初始化列表的優勢：

1. 對于const成員和引用成員，必須使用初始化列表
2. 對于類類型成員，避免先默認構造再賦值
3. 初始化順序更明確（按成員聲明順序而非列表順序）
4. 效率更高，直接初始化而非先默認構造再賦值

3. 特殊構造函數

3.1 拷貝構造函數

拷貝構造函數用于用一個已存在的對象初始化新對象。

class MyString {char* data;
public:MyString(const MyString& other) { // 拷貝構造函數data = new char[strlen(other.data) + 1];strcpy(data, other.data);}
};

3.2 移動構造函數（C++11）

移動構造函數用于"竊取"臨時對象的資源，避免不必要的拷貝。

class MyString {char* data;
public:MyString(MyString&& other) noexcept : data(other.data) { // 移動構造函數other.data = nullptr; // 使原對象處于有效但未定義狀態}
};

4. 委托構造函數（C++11）

一個構造函數可以調用同類的另一個構造函數，避免代碼重復。

class Rectangle {int width, height;
public:Rectangle() : Rectangle(1, 1) {} // 委托給下面的構造函數Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}
};

5. 初始化順序問題

成員的初始化順序取決于它們在類中的聲明順序，而非初始化列表中的順序。這對const成員和引用成員尤其重要，因為它們必須正確初始化。

class Example {int a;const int b;  // const成員int& c;       // 引用成員
public:Example(int val) : c(a), b(val), a(10) {} // 實際初始化順序：a(10) → b(val) → c(a)// 注意：雖然初始化列表中c寫在前面，但實際按聲明順序初始化
};

6. 特殊成員的初始化

6.1 const成員初始化

const成員必須在初始化列表中初始化。

class ConstDemo {const int value;
public:ConstDemo(int v) : value(v) {} // 必須這樣初始化// 錯誤示例：/*ConstDemo(int v) {value = v; // 錯誤！const成員不能在構造函數體內賦值}*/
};

6.2 引用成員初始化

引用成員也必須在初始化列表中初始化。

class RefDemo {int& ref;
public:RefDemo(int& r) : ref(r) {} // 必須這樣初始化// 錯誤示例：/*RefDemo(int& r) {ref = r; // 錯誤！引用必須在定義時綁定}*/
};

7. 默認構造函數與=default

C++11允許顯式要求編譯器生成默認實現：

class DefaultDemo {const int value = 42; // C++11允許類內初始化const成員std::string& ref;     // 引用仍然必須在構造函數中初始化
public:DefaultDemo(std::string& s) : ref(s) {} // 引用必須在這里初始化DefaultDemo() = delete; // 禁止默認構造（因為引用必須初始化）
};

8. 構造函數實戰建議

1. 優先使用初始化列表：特別是對于類類型成員、const成員和引用成員
2. 注意初始化順序：按照成員聲明順序編寫初始化列表
3. const和引用成員的特殊處理：它們必須在初始化列表中初始化
4. 合理使用explicit：防止單參數構造函數的隱式轉換
5. 考慮=default和=delete：明確表達設計意圖
6. 移動語義：對于資源管理類，實現移動構造和移動賦值

9. 完整示例代碼（包含const和引用成員）

#include <iostream>
#include <string>class Student {
private:const std::string name;  // const成員int& ageRef;             // 引用成員const int id;            // const成員double scores[3];public:// 委托構造函數Student(std::string n, int& age, int i) : name(std::move(n)), ageRef(age), id(i) { // const和引用成員必須在此初始化for (double & score : scores) {score = 0.0;}}// 不能有默認構造函數，因為引用成員必須初始化// Student() = delete; void printInfo() const {std::cout << "Name: " << name << "\nID: " << id << "\nAge: " << ageRef << "\nScores: ";for (double score : scores) {std::cout << score << " ";}std::cout << std::endl;}// 不能修改const成員// void setName(const std::string& newName) { name = newName; } // 錯誤！// 可以通過引用成員修改原變量void incrementAge() { ageRef++; }
};int main() {int age = 20;Student s1("Alice", age, 1001);s1.printInfo();age = 21;  // 修改age會影響s1中的ageRefs1.incrementAge(); // 通過引用成員修改原變量s1.printInfo();return 0;
}

10. 關鍵總結

1. const成員和引用成員必須在初始化列表中初始化，這是語言強制要求的
2. 初始化列表提供了真正的初始化能力，而構造函數體內只是賦值
3. 這種設計保證了對象構造時的確定性和安全性
4. 現代C++實踐中，應該優先使用初始化列表，不僅是為了滿足語法要求，更是為了編寫更高效、更安全的代碼

理解并正確使用構造函數，特別是對const成員和引用成員的正確初始化，是C++面向對象編程的重要基礎。這些規則反映了C++對確定性和效率的核心追求。