突破编程_C++_C++11新特性（列表初始化）

1 基本概念与使用

C++11 引入了许多新特性，其中列表初始化（List Initialization）或统一初始化（Uniform Initialization）是其中之一。列表初始化是一种新的语法，用于初始化对象，可以使得代码更加清晰、直观，并且有助于防止某些错误。

（1）列表初始化的基本语法

列表初始化使用花括号 {} 来包围初始化列表。例如：

int a{10};             // 基本类型  
std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5}; // STL 容器  
std::pair<int, int> p{1, 2};        // STL 对

（2）列表初始化与函数参数

列表初始化也可以用于函数调用，这有助于消除一些歧义，特别是在涉及到多个重载函数时：

void foo(int a);  
void foo(const std::initializer_list<int>& list);  foo(10);         // 调用 foo(int a)  
foo({10});       // 调用 foo(const std::initializer_list<int>& list)

（3）列表初始化与构造函数

列表初始化会影响构造函数的选择。如果类有多个构造函数，并且其中一个接受 std::initializer_list 参数，那么使用列表初始化时，会调用这个构造函数：

class MyClass 
{  
public:  MyClass(int a);                  // 构造函数1  MyClass(const std::initializer_list<int>& list); // 构造函数2  
};  MyClass obj1(10);    // 调用构造函数1  
MyClass obj2{10};    // 调用构造函数2，因为使用了列表初始化

（4）列表初始化与类成员

在类的构造函数体内，列表初始化也可以用于初始化成员变量：

class MyClass 
{  
public:  MyClass(int val, const std::string& str) : x{val}, s{str} {}
private:  int x;  std::string s;    
};

（5）列表初始化创建结构体对象与类对象

列表初始化可以用来创建结构体（struct）对象和类（class）对象。结构体和类在 C++ 中都是用户定义的类型（UDT），它们的主要区别在于访问控制（如公有、私有和保护成员）和继承方面的不同，但在初始化方面，它们通常使用相同的方法。

如果结构体与类的所有成员变量都是公有的，则可以直接使用列表初始化：

#include <iostream>  
#include <string>  // 定义一个结构体  
struct PersonStruct {std::string name;int age;
};// 定义一个类  
class PersonClass {
public:std::string name;int age;
};int main() 
{// 使用列表初始化创建结构体对象  PersonStruct personStruct1 = { "Alice", 30 };// 使用列表初始化创建类对象PersonClass personClass1 = { "Bob", 25 };   return 0;
}

如果成员变量是私有或者保护的，则需要使用构造函数：

#include <iostream>  
#include <string>  class PersonClass {
public:// 如果没有该构造函数，则列表初始化会失败PersonClass(const std::string& name, int age) : name(name), age(age) {}
private:std::string name;int age;
};int main() 
{PersonClass personClass1 = { "Bob", 25 };   return 0;
}

（6）列表初始化与数组

列表初始化也可以用于初始化数组：

int arr1[3] = {1, 2, 3};   // C++98风格  
int arr2[] = {1, 2, 3};    // C++11风格，数组大小由初始化器确定

（7）自动类型推导

在使用auto关键字声明变量时，列表初始化可以自动推导变量的类型：

auto x = {10}; // x的类型是std::initializer_list<int>  
auto y{10};    // y的类型是int，因为直接列表初始化不会推导为initializer_list

注意，当使用 = 进行初始化时，如果初始化器是列表，则 auto 会推导为 std::initializer_list 类型。而直接使用 {} 进行初始化时，则会根据列表的内容推导为具体的类型。

（8）嵌套列表初始化

对于包含嵌套结构的对象，列表初始化同样适用：

std::pair<int, std::vector<int>> p{1, {2, 3, 4}};

在这个例子中，p 是一个 pair，其第一个元素是 int 类型，第二个元素是一个 vector<int> 类型。列表初始化允许同时初始化这两个元素。

总体而言，C++11的列表初始化（统一初始化）提供了一种更加清晰、直观的方式来初始化对象。它有助于消除一些歧义，特别是在涉及到重载函数和多个构造函数时。

2 防止类型收窄

列表初始化不仅提供了一种更直观、更统一的对象初始化方式，而且它还能有效地防止类型收窄（narrowing）。

2.1 类型收窄的概念与防止

类型收窄是指在赋值过程中，源类型的值无法精确表示为目标类型的值，从而导致数据丢失或精度降低。

在 C++11 之前，使用圆括号或等号进行初始化时，编译器往往不会检查类型收窄的问题，这可能导致一些难以察觉的错误。然而，在使用列表初始化时，编译器会进行更严格的检查，并在发现类型收窄时发出警告或错误。

类型收窄通常发生在以下几种情况：

浮点数到整数的转换：当浮点数的值无法精确表示为整数时。
大整数到小整数的转换：当源整数的值超出目标整数类型的表示范围时。
字符到整数的转换：当字符的 ASCII 值无法精确表示为整数时（虽然这种情况较少见）。

列表初始化通过以下方式防止类型收窄：

在初始化时，如果源类型的值无法精确表示为目标类型的值，编译器会发出警告或错误。
适用于基本类型、结构体、联合体以及类的初始化。

如下为一些样例代码：

（1）浮点数到整数的转换

double d = 3.14;  
int a(d);         // 可能的类型收窄，但 C++11 之前的编译器通常不会警告  
int b{d};         // 类型收窄，C++11 编译器会发出警告或错误

在上面的例子中，将 double 类型的值 3.14 转换为 int 类型时，小数部分会被丢弃。使用圆括号初始化时，编译器可能不会发出警告。但是，使用列表初始化时，编译器会检测到这种类型收窄，并发出警告或错误。

（2）大整数到小整数的转换

long long bigNum = 1234567890123456789LL;  
int smallNum(bigNum);       // 可能的类型收窄，但 C++11 之前的编译器通常不会警告  
int smallNumList{bigNum};   // 类型收窄，C++11 编译器会发出警告或错误

在这个例子中，尝试将一个非常大的 long long 整数赋值给一个 int 变量。由于 int 类型的范围远小于 long long，这种转换会导致数据丢失。使用列表初始化时，编译器会检测到这种类型收窄。

2.2 如何避免类型收窄

要避免类型收窄，可以采取以下策略：

（1）显式转换： 如果确实需要进行类型转换，并且你确定转换是安全的，可以使用显式类型转换（如静态转换 static_cast）。但请注意，即使使用显式转换，如果转换会导致数据丢失，编译器仍然可能发出警告。

double d = 3.14;  
int a = static_cast<int>(d); // 显式转换，但仍然可能导致数据丢失

（2）使用合适的类型： 在设计程序时，尽量使用能够精确表示所需数据的类型。如果可能的话，避免使用会导致类型收窄的转换。
（3）利用编译器警告： 确保编译器设置为在发现可能的类型收窄时发出警告。这可以帮助在编写代码时及时发现问题。

3 限制和注意事项

（1）类型不匹配： 列表初始化不会自动进行类型转换。如果初始化器的类型与目标类型不匹配，且没有合适的构造函数可以接受该初始化器，则会导致编译错误。

#include <iostream>  class MyClass {
public:MyClass(int value) {std::cout << "Constructed with int: " << value << std::endl;}// 注意：没有定义接受double类型的构造函数  // MyClass(double value); // 假设这个构造函数不存在  
};int main() 
{// 使用圆括号进行初始化时，会尝试类型转换（如果有合适的构造函数）  MyClass obj1(3.14); // 编译器会输出告警 // 使用列表初始化时，不会进行类型转换  MyClass obj2{ 3.14 }; // 错误：没有合适的构造函数接受 double 类型的参数，编译失败return 0;
}

上面的代码定义了一个 MyClass 类，它有一个接受 int 类型参数的构造函数。在 main 函数中，试图用一个 double 类型的值（3.14）来初始化 MyClass 的对象。

当使用圆括号进行初始化时（MyClass obj1(3.14);），编译器会尝试找到一个合适的构造函数来接受这个 double 类型的值。如果存在一个接受 double 的构造函数，或者存在一个接受 int 的构造函数并且编译器能够自动将 double 转换为 int，那么初始化就会成功。

当使用列表初始化时（MyClass obj2{3.14};），编译器不会尝试进行任何类型转换。它会直接查找一个接受 double 类型参数的构造函数，但因为没有定义这样的构造函数，所以编译器会报错，指出没有合适的构造函数来接受这个初始化器。

（2）静态成员初始化： 列表初始化不能用于直接在类定义中初始化静态成员变量。

#include <iostream>  class MyClass {
public:MyClass()  {}public:static int myInt{12}; // 错误：不能在类定义中直接初始化静态成员，编译失败
};

静态成员变量的初始化不能在类定义内部进行，而必须在类定义外部完成：

#include <iostream>  class MyClass {
public:MyClass()  {}public:static int myInt;  
};int MyClass::myInt{ 12 };

（3）位字段： 列表初始化不能用于直接初始化位字段。

class MyClass {
public:MyClass() {}private:unsigned int myBitField: 4; // 位字段  // 下面的尝试是错误的，不能使用列表初始化直接初始化位字段  // unsigned int myBitField : 4 {2}; // 错误：不能使用列表初始化直接初始化位字段  
};