С вызов одного конструктора из другого

Обновлено: 10.05.2024

В этом посте пойдет речь об одной интересной фичи в C++11, которая называется делегирующие конструкторы (delegating constructors): почему она интересна, и как ее можно применить для более эффективного управления ресурсами, т.е. реализации идиомы RAII.

Кратко об RAII (ну очень кратко)

Когда нам нужно автоматизировать управление каким-нибудь “голым” ресурсом, мы его “заворачиваем” в отдельный класс. Продемонстрируем это на примере такого ресурса как FILE из стандартной библиотеки C:

Здесь мы создаем FILE ресурс в конструкторе и освобождаем в деструкторе. Теперь ресурс FILE управляется в полном соответствии с идиомой RAII.

Немного более усложненный случай RAII

Допустим теперь, что в дополнение к открытию файла в конструкторе нам нужно провести с ним некоторую операцию. Например, будем в заново открытый файл записывать время последнего открытия, time stamp. Для этого создадим в классе File функцию put_time_stamp, которая в каким-то образом помещает в файл time stamp, а в случае неудачи выбрасывает какое-то исключение.

Реализуется это дело как-то так:

Но как видно, в данной реализации есть небольшая проблема. Конструктор File перестал быть exception safe. Если из put_time_stamp вылетит исключение, то оно не приведет в вызову деструктора объекта File, так как его конструктор еще не завершился. Поэтому ресурс file_ будет потерян.

Как нам решить эту проблему? Тупое решение “в лоб” заключается в оборачивании вызова put_time_stamp в блок try/catch:

Этот подход работает, но он немного некрасив из-за необходимости иметь явный try/catch блок и отдельный метод для явного разрушения объекта, чтобы не дублировать одну и ту же функциональность в catch блоке и в деструкторе.

Мы можем немного улучшить данное решение, если введем дополнительный класс специально для хранения и удаления FILE, FileHandle:

Как видно, теперь явный try/catch блок уже не нужен. Объект file_ будет корректно разрушен, даже если из конструктора класса File вылетит исключение, и ресурс FILE будет освобожден. Но в этом решении все равно есть некоторый недостаток, заключающийся в отдельном классе FileHandle, который разносит создание и освобождение ресурса FILE на два разных класса: FILE создается в классе File, а освобождается в классе FileHandle.

Делегирующие конструкторы

Рассмотрим теперь одну очень полезную фичу из C++11 под названием делегирующие конструкторы, которая позволит нам еще более улучшить предыдущий код класса File. Но для начала, посмотрим, как вообще работают эти делегирующие конструкторы.

Допустим, у нас есть класс с двумя конструкторами: один от параметра типа int, а другой от double. Конструктор для int делает то же самое, что и конструктор для double, только сначала он переводит параметр от типа int к типу double. Т.е. конструктор для int делегирует создание объекта конструктору для double. Вот как это выглядит в коде:

После того, как конструктор для double закончит выполнение, конструктор для int может продолжить выполняться и “доконструировать” объект. Сама по себе это очень полезная фича, без которой в коде выше нам наверняка пришлось бы ввести дополнительную функцию init(double param) для инкапсуляции общего кода по созданию объект от типа double.

Но в дополнение у этой фичи есть один очень интересный побочный эффект. Дело в том, что как только один из конструкторов объекта закончит выполнение, объект считается созданным. И значит, если другой конструктор, из которого произошел делегирующий вызов первого конструктора, завершится с выбросом исключения, для этого объекта все равно будет вызван деструктор. Заметьте критический момент: для объекта теперь может выполниться больше одного конструктора. Но объект считается созданным после выполнения самого первого конструктора.

Продемонстрируем это поведение на следующем примере:

Конструктор MyClass(int) вызывает другой конструктор MyClass(double), после чего сам выбрасывает исключение. Это исключение ловится в catch(. ), и при раскрутке стека вызывается деструктор ~MyClass. На консоль при выполнении данного кода выведется следующее:

Делегирующие конструкторы и RAII

Нетрудно заметить, что такое интересное поведение конструкторов при делегировании можно очень эффективно использовать в нашем примере реализации RAII для FILE. Теперь нам не нужно вводить никакой дополнительный класс FileHandle для освобождения ресурса FILE, а тем более не нужен и try/catch. Нужно ввести всего лишь один дополнительный конструктор, которому будет произведена делегация из основного конструктора. То есть:

И это все что нам необходимо. Очень красиво, элегантно и полностью безопасно по отношению к исключениям (exception safe). Вывод: подобная техника существенно облегчит реализацию идиомы RAII в новом коде с использованием делегирующих конструкторов из C++11.

При создании экземпляра класса или структуры вызывается его конструктор. Конструкторы имеют имя, совпадающее с именем класса или структуры, и обычно инициализируют члены данных нового объекта.

В следующем примере класс с именем Taxi определяется с помощью простого конструктора. Затем оператор new создает экземпляр этого класса. Конструктор Taxi вызывается оператором new сразу после того, как новому объекту будет выделена память.

Конструктор, который не принимает никаких параметров, называется конструктором без параметров. Конструкторы без параметров вызываются всякий раз, когда создается экземпляр объекта с помощью оператора new , а аргументы в new не передаются. Дополнительные сведения см. в разделе Конструкторы экземпляров.

Создание экземпляров класса можно запретить, сделав конструктор закрытым, следующим образом:

Дополнительные сведения см. в разделе Закрытые конструкторы.

Конструкторы для типов структур похожи на конструкторы классов, но structs не могут содержать явный конструктор без параметров, так как он предоставляется компилятором автоматически. Этот конструктор инициализирует каждое поле в struct со значением по умолчанию. При этом конструктор без параметров вызывается только в том случае, если экземпляр struct создается с помощью переменной new . Например, этот код использует конструктор без параметров, Int32чтобы гарантировать, что целое число инициализируется:

Однако следующий код вызывает ошибку компилятора, так как он не используется new , и потому что он пытается использовать объект, который не был инициализирован:

Кроме того, объекты на основе structs (включая все встроенные числовые типы) можно инициализировать или назначить, а затем использовать, как в следующем примере:

Поэтому вызов конструктора без параметров для типа значения не требуется.

Оба класса и structs могут определять конструкторы, принимающие параметры. Конструкторы, принимающие параметры, необходимо вызывать с помощью оператора new или base. Классы и structs могут определять также несколько конструкторов; для определения конструктора без параметров ни один их них не требуется. Пример:

Этот класс можно создать, воспользовавшись одним из следующих операторов:

Конструктор может использовать ключевое слово base для вызова конструктора базового класса. Пример:

В этом примере конструктор базового класса вызывается перед выполнением соответствующего ему блока. Ключевое слово base можно использовать как с параметрами, так и без них. Любые параметры для конструктора можно использовать как параметры для base или как часть выражения. Дополнительные сведения см. в разделе base.

В производном классе, если конструктор базового класса не вызывается явным образом с помощью base ключевого слова, конструктор без параметров, если он есть, вызывается неявно. Это означает, что следующие объявления конструкторов действуют одинаково:

Если базовый класс не предлагает конструктор без параметров, производный класс должен выполнить явный вызов базового конструктора с помощью base .

Конструктор может вызывать другой конструктор в том же объекте с помощью ключевого слова this. Как и base , this можно использовать с параметрами или без, а все параметры в конструкторе доступны как параметры this или как часть выражения. Например, второй конструктор в предыдущем примере можно переписать, используя this :

Применение ключевого слова this в приведенном выше примере привело к вызову конструктора:

Конструкторы могут иметь пометку public, private, protected, internal, protected internal или private protected. Эти модификаторы доступа определяют, каким образом пользователи класса смогут создавать класс. Дополнительные сведения см. в статье Модификаторы доступа.

Конструктор можно объявить статическим, используя ключевое слово static. Статические конструкторы вызываются автоматически непосредственно перед доступом к статическим полям и обычно используются для инициализации членов статического класса. Дополнительные сведения см. в разделе Статические конструкторы.

Чтобы настроить, как класс инициализирует его члены или вызывать функции при создании объекта класса, определите конструктор. Конструкторы имеют имена, совпадающие с именами классов, и не имеют возвращаемых значений. Вы можете определить столько перегруженных конструкторов, сколько необходимо для настройки инициализации различными способами. Как правило, конструкторы имеют открытые специальные возможности, чтобы код за пределами определения класса или иерархии наследования может создавать объекты класса. Но вы также можете объявить конструктор как protected или private .

Конструкторы могут при необходимости принимать список инициализаторов элементов. Это более эффективный способ инициализации членов класса, чем назначение значений в тексте конструктора. В следующем примере показан класс Box с тремя перегруженными конструкторами. Последние два используют списки инициализации элементов:

При объявлении экземпляра класса компилятор выбирает, какой конструктор будет вызываться на основе правил разрешения перегрузки:

Конструкторы могут быть объявлены как inline , , explicitfriend или constexpr .
Конструктор может инициализировать объект, объявленный как const , volatile или const volatile . Объект становится const после завершения конструктора.
Чтобы определить конструктор в файле реализации, присвойте ему полное имя, как и любая другая функция-член: Box::Box() .

Списки инициализаторов элементов

При необходимости конструктор может иметь список инициализаторов элементов, который инициализирует члены класса перед запуском тела конструктора. (Список инициализаторов элементов не совпадает со списком инициализаторов типа std::initializer_list .)

Предпочитать инициализаторы элементов перечисляют значения вместо назначения значений в тексте конструктора. Список инициализаторов элементов напрямую инициализирует элементы. В следующем примере показан список инициализаторов элементов, состоящий из всех identifier(argument) выражений после двоеточия:

Идентификатор должен ссылаться на член класса; он инициализирован со значением аргумента. Аргумент может быть одним из параметров конструктора, вызова функции или . std::initializer_list

const члены и члены ссылочного типа должны быть инициализированы в списке инициализаторов элементов.

Чтобы обеспечить полную инициализацию базовых классов перед запуском производного конструктора, вызовите все параметризованные конструкторы базового класса в списке инициализаторов.

Конструкторы по умолчанию

Конструкторы по умолчанию обычно не имеют параметров, но они могут иметь параметры со значениями по умолчанию.

Конструкторы по умолчанию являются одной из специальных функций-членов. Если конструкторы в классе не объявляются, компилятор предоставляет неявный inline конструктор по умолчанию.

Если используется неявный конструктор по умолчанию, обязательно инициализировать элементы в определении класса, как показано в предыдущем примере. Без этих инициализаторов члены будут неинициализированы, а вызов Volume() создаст значение мусора. Как правило, рекомендуется инициализировать элементы таким образом, даже если не используется неявный конструктор по умолчанию.

Вы можете запретить компилятору создавать неявный конструктор по умолчанию, определив его как удаленный:

Конструктор по умолчанию, созданный компилятором, будет определен как удаленный, если какие-либо члены класса не являются конструктором по умолчанию. Например, все члены типа класса и их члены класса должны иметь конструктор по умолчанию и деструкторы, которые доступны. Все члены данных ссылочного типа и все const члены должны иметь инициализатор элементов по умолчанию.

При вызове конструктора по умолчанию, созданного компилятором, и пытаетесь использовать круглые скобки, выдается предупреждение:

Это утверждение является примером проблемы "Большинство vexing Parse". Можно интерпретировать myclass md(); как объявление функции или как вызов конструктора по умолчанию. Поскольку средства синтаксического анализа C++ предпочитают объявления по сравнению с другими вещами, выражение рассматривается как объявление функции. Дополнительные сведения см. в разделе "Большинство синтаксического анализа".

Если объявлены какие-либо конструкторы, отличные от по умолчанию, компилятор не предоставляет конструктор по умолчанию:

Если у класса нет конструктора по умолчанию, массив объектов этого класса нельзя создать с помощью синтаксиса квадратной скобки. Например, учитывая предыдущий блок кода, массив Boxes нельзя объявить следующим образом:

Однако для инициализации массива объектов Box можно использовать набор списков инициализаторов:

Дополнительные сведения см. в разделе "Инициализаторы".

Конструкторы копии

Конструктор копирования инициализирует объект, копируя значения элементов из объекта того же типа. Если члены класса являются простыми типами, такими как скалярные значения, конструктор копирования, созданный компилятором, достаточно, и вам не нужно определять собственные. Если для класса требуется более сложная инициализация, необходимо реализовать пользовательский конструктор копирования. Например, если член класса является указателем, необходимо определить конструктор копирования для выделения новой памяти и копирования значений из объекта, на который указывает другой объект. Конструктор копирования, созданный компилятором, просто копирует указатель, чтобы новый указатель по-прежнему указывал на расположение памяти другого пользователя.

Конструктор копирования может иметь одну из следующих сигнатур:

При определении конструктора копирования необходимо также определить оператор присваивания копирования (=). Дополнительные сведения см. в разделе "Назначение " и " Копирование конструкторов" и операторов присваивания копирования.

Вы можете запретить копирование объекта, определив конструктор копирования как удаленный:

При попытке копирования объекта возникает ошибка C2280: попытка ссылаться на удаленную функцию.

Конструкторы перемещения

Конструктор перемещения — это специальная функция-член, которая перемещает владение данными существующего объекта в новую переменную без копирования исходных данных. Он принимает ссылку rvalue в качестве первого параметра, а все последующие параметры должны иметь значения по умолчанию. Конструкторы перемещения могут значительно повысить эффективность программы при передаче больших объектов.

Компилятор выбирает конструктор перемещения, когда объект инициализируется другим объектом того же типа, если другой объект будет уничтожен и больше не нуждается в его ресурсах. В следующем примере показано одно дело, когда конструктор перемещения выбирается с помощью разрешения перегрузки. В конструкторе, который вызывает get_Box() , возвращаемое значение является xvalue (значение eXpiring). Поэтому он не назначается какой-либо переменной и поэтому выходит за пределы области действия. Чтобы обеспечить мотивацию для этого примера, давайте предоставим Box большой вектор строк, представляющих его содержимое. Вместо копирования вектора и его строк конструктор перемещения "крадет" его из значения "box", чтобы вектор теперь принадлежит новому объекту. Вызов std::move необходим, так как оба vector класса string реализуют собственные конструкторы перемещения.

Если класс не определяет конструктор перемещения, компилятор создает неявный конструктор, если конструктор копирования не объявлен пользователем, оператор назначения копирования, оператор перемещения или деструктор. Если не определен явный или неявный конструктор перемещения, операции, в противном случае использующие конструктор перемещения, используют конструктор копирования. Если класс объявляет конструктор перемещения или оператор присваивания перемещения, неявно объявленный конструктор копирования определяется как удаленный.

Неявно объявленный конструктор перемещения определяется как удаленный, если какие-либо элементы, являющиеся типами классов, не имеют деструктора или если компилятор не может определить, какой конструктор следует использовать для операции перемещения.

Дополнительные сведения о написании конструктора нетривиального перемещения см. в разделе "Конструкторы перемещения" и "Операторы присваивания перемещения" (C++).

Явно заданные по умолчанию и удаленные конструкторы

Конструкторы копирования по умолчанию , конструкторы по умолчанию, конструкторы перемещения, операторы присваивания копирования, операторы присваивания перемещения и деструкторы. Вы можете явно удалить все специальные функции-члены.

Конструкторы constexpr

Конструктор может быть объявлен как constexpr , если

он либо объявлен как стандартный, либо удовлетворяет всем условиям для функций constexpr в целом;
класс не имеет виртуальных базовых классов;
каждый из параметров является литеральным типом;
тело не является блоком try-block функции;
инициализированы все нестатические члены данных и подобъекты базового класса;
Значение , если класс является (a) объединением, имеющим члены варианта, или (б) имеет анонимные объединения, инициализируется только один из членов профсоюза;
каждый нестатический член данных типа класса, а все подобъекты базового класса имеют конструктор constexpr.

Конструкторы списков инициализаторов

Затем создайте объекты Box следующим образом:

Явные конструкторы

Если у класса имеется конструктор с одним параметром, или у всех параметров, кроме одного, имеются значения по умолчанию, тип параметра можно неявно преобразовать в тип класса. Например, если у класса Box имеется конструктор, подобный следующему:

Можно инициализировать Box следующим образом:

Или передать целое значение функции, принимающей объект Box:

В некоторых случаях подобные преобразования могут быть полезны, однако чаще всего они могут привести к незаметным, но серьезным ошибкам в вашем коде. Как правило, необходимо использовать ключевое explicit слово в конструкторе (и определяемых пользователем операторах), чтобы предотвратить такое неявное преобразование типов:

Когда конструктор является явным, эта строка вызывает ошибку компилятора: ShippingOrder so(42, 10.8); . Дополнительные сведения см. в разделе о преобразованиях определяемых пользователем типов.

Порядок строительства

Конструктор выполняет свою работу в следующем порядке.

Вызывает конструкторы базовых классов и членов в порядке объявления.

Если класс является производным от виртуальных базовых классов, конструктор инициализирует указатели виртуальных базовых классов объекта.

Если класс имеет или наследует виртуальные функции, конструктор инициализирует указатели виртуальных функций объекта. Указатели виртуальных функций указывают на таблицу виртуальных функций класса, чтобы обеспечить правильную привязку вызовов виртуальных функций к коду.

Выполняет весь код в теле функции.

В следующем примере показан порядок, в котором конструкторы базовых классов и членов вызываются в конструкторе для производного класса. Сначала вызывается базовый конструктор. Затем члены базового класса инициализируются в том порядке, в котором они отображаются в объявлении класса. Наконец, вызывается производный конструктор.

Выходные данные будут выглядеть следующим образом.

Конструктор производного класса всегда вызывает конструктор базового класса, чтобы перед выполнением любых дополнительных операций иметь в своем распоряжении полностью созданные базовые классы. Конструкторы базового класса вызываются в порядке наследования, например, если ClassA является производным от , производным от ClassC ClassB которого является конструктор, ClassC сначала вызывается конструктор, а затем ClassB конструктор, а затем ClassA конструктор.

Если базовый класс не имеет конструктора по умолчанию, необходимо указать параметры конструктора базового класса в конструкторе производного класса:

Если конструктор создает исключение, то удаление выполняется в порядке, обратном созданию.

Отменяется код в теле функции конструктора.

Объекты базовых классов и объекты-члены удаляются в порядке, обратном объявлению.

Если конструктор не делегируется, все полностью созданные объекты базового класса и члены уничтожаются. Однако поскольку сам объект не полностью построен, деструктор не выполняется.

Производные конструкторы и расширенная инициализация агрегатов

Если конструктор базового класса не является открытым, но доступен для производного класса, нельзя использовать пустые фигурные скобки для инициализации объекта производного типа в /std:c++17 режиме, а затем в Visual Studio 2017 и более поздних версий.

В следующем примере показана соответствующая реакция на событие в C++14:

В C++17 Derived теперь считается агрегатным типом. Это означает, что инициализация Base через закрытый конструктор по умолчанию происходит непосредственно как часть расширенного правила агрегатной инициализации. Ранее частный Base конструктор был вызван через Derived конструктор, и он был успешно выполнен из-за friend объявления.

В следующем примере показано поведение C++17 в Visual Studio 2017 и более поздних версий в /std:c++17 режиме:

Конструкторы для классов с множественным наследованием

Если класс является производным от нескольких базовых классов, конструкторы базового класса вызываются в порядке, в котором они перечислены в объявлении производного класса:

Должны выводиться следующие выходные данные:

Делегирующие конструкторы

Делегирующий конструктор вызывает другой конструктор в том же классе для выполнения некоторых действий по инициализации. Эта функция полезна, если у вас есть несколько конструкторов, которые все должны выполнять аналогичную работу. Основную логику можно написать в одном конструкторе и вызвать из других. В следующем тривиальном примере Box(int) делегирует свою работу Box(int,int,int):

Объект, созданный конструкторами, полностью инициализируется сразу после выполнения любого конструктора. Дополнительные сведения см. в разделе "Делегирование конструкторов".

Наследование конструкторов (C++11)

Производный класс может наследовать конструкторы от прямого базового класса с помощью using объявления, как показано в следующем примере:

Visual Studio 2017 и более поздних версий: оператор using в /std:c++17 режиме и более поздних версиях преобразует все конструкторы из базового класса, за исключением тех, которые имеют идентичную сигнатуру конструкторам в производном классе. Как правило, рекомендуется использовать наследуемые конструкторы, когда производный класс не объявляет новые члены данных или конструкторы.

Шаблон класса может наследовать все конструкторы от аргумента типа, если этот тип определяет базовый класс:

Производный класс не может наследоваться от нескольких базовых классов, если эти базовые классы имеют конструкторы с одинаковой сигнатурой.

Конструкторы и составные классы

Классы, содержащие члены типа класса, называются составными классами. При создании члена типа класса составного класса конструктор вызывается перед собственным конструктором класса. Если у содержащегося класса нет конструктора по умолчанию, необходимо использовать список инициализации в конструкторе составного класса. В предыдущем примере StorageBox при присвоении типу переменной-члена m_label нового класса Label необходимо вызвать конструктор базового класса и инициализировать переменную m_label в конструкторе StorageBox :

Когда вы создаете экземпляр нового объекта, конструктор объекта вызывается неявно. Нередко у классов бывает несколько конструкторов, которые содержат перекрывающуюся функциональность. Рассмотрим следующий класс:

Этот класс имеет два конструктора: конструктор по умолчанию и конструктор, принимающий целочисленное значение. Поскольку часть конструктора «код для выполнения A» требуется обоим конструкторам, этот код дублируется в каждом конструкторе.

Как вы (надеюсь) уже поняли, дублирования кода следует максимально избегать. Поэтому давайте рассмотрим несколько способов решения этой проблемы.

Очевидное решение не работает

Очевидным решением было бы, чтобы конструктор Foo(int) вызывал конструктор Foo() для выполнения части A.

Однако, если вы попытаетесь заставить один конструктор вызвать другой конструктор таким образом, код скомпилируется и, возможно, вызовет предупреждение, но он не будет работать так, как вы ожидаете. И вы, вероятно, даже с отладчиком потратите много времени, пытаясь выяснить, почему. Что происходит на самом деле: Foo(); создает новый объект Foo , который немедленно отбрасывается, поскольку он не хранится в переменной.

Делегирующие конструкторы

Конструкторам разрешено вызывать другие конструкторы. Это называется делегирующими конструкторами (или цепочкой конструкторов).

Чтобы один конструктор вызывал другой, просто вызовите конструктор в списке инициализаторов членов. Это тот случай, когда прямой вызов другого конструктора приемлем. Применительно к нашему примеру выше:

Это работает именно так, как вы ожидали. Убедитесь, что вы вызываете конструктор из списка инициализаторов членов, а не в теле конструктора.

Вот еще один пример использования делегирующих конструкторов для уменьшения избыточности кода:

Этот класс имеет 2 конструктора, один из которых делегирует конструктору Employee(int, const std::string&) . Таким образом, количество избыточного кода сводится к минимуму (нам нужно написать только одно тело конструктора вместо двух).

Несколько дополнительных замечаний о делегирующих конструкторах. Во-первых, конструктору, который делегирует выполнение другому конструктору, не разрешается выполнять инициализацию каких-либо членов самостоятельно. Итак, конструкторы могут либо делегировать, либо инициализировать, но не то и другое одновременно.

Во-вторых, один конструктор может делегировать другому конструктору, который делегирует обратно первому конструктору. Это создаст бесконечный цикл и приведет к тому, что ваша программа исчерпает пространство стека и завершится со сбоем. Вы можете избежать этого, убедившись, что все ваши конструкторы вычисляются в конструктор без делегирования.

Лучшая практика

Если у вас есть несколько конструкторов с одинаковой функциональностью, используйте делегирующие конструкторы, чтобы избежать дублирования кода.

Использование отдельной функции

Соответственно, вы можете оказаться в ситуации, когда захотите написать функцию-член, чтобы повторно инициализировать класс до значений по умолчанию. Поскольку у вас, вероятно, уже есть конструктор, который делает это, у вас может возникнуть соблазн попытаться вызвать этот конструктор из вашей функции-члена. Однако попытка вызвать конструктор напрямую обычно приводит к неожиданному поведению, как мы показали выше. Многие разработчики просто копируют код из конструктора в функцию инициализации, что работает, но приводит к дублированию кода. Лучшее решение в этом случае – переместить код из конструктора в новую функцию и заставить конструктор вызывать эту функцию для выполнения работы по «инициализации» данных:

Конструкторам разрешено вызывать функции, не являющиеся конструкторами класса. Просто будьте осторожны, чтобы любые члены, которые использует функция, не являющаяся конструктором, уже были инициализированы. Хотя у вас может возникнуть соблазн скопировать код из первого конструктора во второй конструктор, наличие дублирующего кода затрудняет понимание вашего класса и затрудняет его обслуживание.

Мы говорим «инициализировать», но это не настоящая инициализация. К тому времени, когда конструктор вызывает init() , члены уже существуют и были инициализированы значениями по умолчанию или не инициализированы. Функция init может только присваивать значения членам. Существуют типы, экземпляры которых невозможно создать без аргументов, потому что у них нет конструктора по умолчанию. Если какой-либо из членов класса принадлежит такому типу, функция init не сработает, и конструкторы должны сами инициализировать эти члены.

Довольно часто добавляют функцию init() , которая инициализирует переменные-члены их значениями по умолчанию, а затем каждый конструктор вызывает эту функцию init() перед выполнением задач, зависящих от параметров. Это сводит к минимуму дублирование кода и позволяет явно вызывать init() из любого места.

Одно небольшое предостережение: будьте осторожны при использовании функций init() и динамически выделяемой памяти. Поскольку функции init() могут быть вызваны кем угодно в любое время, динамически выделяемая память может быть уже выделена, а может и не быть выделена при вызове init() . Будьте осторожны, чтобы обработать эту ситуацию правильно – это может немного сбивать с толку, поскольку ненулевой указатель может либо указывать на динамически выделенную память, либо быть неинициализированным указателем!

В последних двух уроках мы изучили основы наследования в C++ и порядок инициализации производных классов. В этом уроке мы более подробно рассмотрим роль конструкторов в инициализации производных классов. Для этого мы продолжим использовать простые классы Base и Derived , которые мы разработали в предыдущем уроке:

В случае классов, не являющихся производными, конструкторам нужно беспокоиться только о своих членах. Например, рассмотрим Base . Мы можем создать объект Base следующим образом:

Вот что на самом деле происходит при создании экземпляра Base :

выделяется память для Base ;
вызывается соответствующий конструктор Base ;
список инициализации инициализирует переменные;
выполняется тело конструктора;
управление возвращается вызывающей функции.

Всё довольно просто. С производными классами всё немного сложнее:

Вот что на самом деле происходит при создании экземпляра Derived :

выделяется память для Derived (достаточная и для части Base , и для части Derived );
вызывается соответствующий конструктор Derived ;
сначала создается объект Base с использованием соответствующего конструктора Base . Если конструктор Base не указан, будет использоваться конструктор по умолчанию;
список инициализации инициализирует переменные;
выполняется тело конструктора;
управление возвращается вызывающей функции.

Единственное реальное различие между этим случаем и случаем без наследования состоит в том, что прежде, чем конструктор Derived сможет сделать что-либо существенное, сначала вызывается конструктор Base . Конструктор Base создает часть Base объекта, управление возвращается конструктору Derived , и конструктору Derived разрешается завершить свою работу.

Инициализация членов базового класса

Один из текущих недостатков нашего класса Derived в том виде, в котором он написан, заключается в том, что при создании объекта Derived нет возможности инициализировать m_id . Что, если при создании объекта Derived мы хотим установить и m_cost (из части Derived объекта), и m_id (из части Base объекта)?

Начинающие программисты часто пытаются решить эту проблему следующим образом:

Это хорошая попытка и почти правильная идея. Нам обязательно нужно добавить в наш конструктор еще один параметр, иначе C++ не сможет узнать, каким значением мы хотим инициализировать m_id .

Однако C++ не позволяет классам инициализировать унаследованные переменные-члены в списке инициализации конструктора. Другими словами, значение переменной-члена может быть установлено в списке инициализации только у конструктора, принадлежащего к тому же классу, что и переменная.

Почему C++ так делает? Ответ связан с константными и ссылочными переменными. Подумайте, что бы произошло, если бы m_id был const . Поскольку константные переменные должны быть инициализированы значением во время создания, конструктор базового класса при создании переменной должен установить ее значение. Однако списки инициализации конструкторов производного класса выполняются после завершения работы конструктора базового класса. А если у каждого производного класса будет возможность инициализировать эту переменную, он потенциально сможет изменить ее значение! Ограничивая инициализацию переменных конструктором класса, к которому эти переменные принадлежат, C++ гарантирует, что все переменные инициализируются только один раз.

Конечным результатом является то, что приведенный выше пример не работает, потому что m_id был унаследован от Base , и только ненаследуемые переменные могут быть инициализированы в списке инициализации.

Однако унаследованные переменные могут по-прежнему изменять свои значения в теле конструктора с помощью присваивания. Следовательно, начинающие программисты часто также пробуют это:

Хотя в данном случае это действительно работает, это не сработало бы, если бы m_id был константой или ссылкой (потому что константные значения и ссылки должны быть инициализированы в списке инициализации конструктора). Это также неэффективно, потому что переменной m_id значение присваивается дважды: один раз в списке инициализации конструктора класса Base , а затем снова в теле конструктора класса Derived . И, наконец, что, если классу Base потребовался бы доступ к этому значению во время создания? У него нет возможности получить доступ к этому значению, поскольку оно не устанавливается до тех пор, пока не будет выполнен конструктор Derived (что происходит в последнюю очередь).

Итак, как правильно инициализировать m_id при создании объекта класса Derived ?

До сих пор во всех примерах, когда мы создавали экземпляр объекта класса Derived , часть Base класса создавалась с использованием конструктора Base по умолчанию. Почему он всегда использовал конструктор Base по умолчанию? Потому что мы никогда не указывали иное!

К счастью, C++ дает нам возможность явно выбирать, какой конструктор класса Base будет вызываться! Для этого просто добавьте вызов конструктора класса Base в список инициализации класса Derived :

Теперь, когда мы выполняем этот код:

Конструктор базового класса Base(int) будет использоваться для инициализации m_id значением 5, а конструктор производного класса будет использоваться для инициализации m_cost значением 1.3!

Таким образом, программа напечатает:

Вот что происходит более подробно:

выделяется память для Derived ;
вызывается конструктор Derived(double, int) , где cost = 1.3, а id = 5;
компилятор проверяет, запрашивали ли мы конкретный конструктор для класса Base . Так и есть! Поэтому он вызывает Base(int) с id = 5;
список инициализации конструктора класса Base устанавливает m_id равным 5;
выполняется тело конструктора класса Base , которое ничего не делает;
конструктор класса Base возвращает выполнение;
список инициализации конструктора класса Derived устанавливает m_cost равным 1,3;
выполняется тело конструктора класса Derived , которое ничего не делает;
конструктор класса Derived возвращает выполнение.

Это может показаться несколько сложным, но на самом деле всё очень просто. Всё, что происходит, – это то, что конструктор Derived вызывает конкретный конструктор Base для инициализации части Base объекта. Поскольку m_id находится в части Base объекта, конструктор Base является единственным конструктором, который может инициализировать это значение.

Обратите внимание, что не имеет значения, где в списке инициализации конструктора Derived вызывается конструктор Base – он всегда будет выполняться первым.

Теперь мы можем сделать наши члены закрытыми

Теперь, когда вы знаете, как инициализировать члены базового класса, нет необходимости держать наши переменные-члены открытыми. Мы снова делаем наши переменные-члены закрытыми, как и должно быть.

Напоминаем, что к открытым членам может получить доступ кто угодно. Доступ к закрытым членам могут получить только функции-члены того же класса. Обратите внимание, что это означает, что производные классы не могут напрямую обращаться к закрытым членам базового класса! Для доступа к закрытым членам базового класса производные классы должны будут использовать функции доступа.

Рассмотрим следующий код:

В приведенном выше коде мы сделали m_id и m_cost закрытыми. Это нормально, поскольку мы используем соответствующие конструкторы для их инициализации и открытые методы доступа для получения значений.

Этот код печатает следующее, как и ожидалось:

Подробнее о спецификаторах доступа мы поговорим в следующем уроке.

Еще один пример

Давайте посмотрим на еще одну пару классов, с которыми мы ранее работали:

Как мы уже писали ранее, BaseballPlayer инициализирует только свои собственные члены и не указывает, какой конструктор Person использовать. Это означает, что каждый созданный нами BaseballPlayer будет использовать конструктор Person по умолчанию, который инициализирует имя пустой строкой и возраст значением 0. Поскольку имеет смысл дать нашему BaseballPlayer имя и возраст при его создании, мы должны изменить его конструктор, чтобы добавить эти параметры.

Вот наши обновленные классы, которые используют закрытые члены, причем класс BaseballPlayer вызывает соответствующий конструктор Person для инициализации унаследованных переменных-членов Person :

Теперь мы можем создавать бейсболистов так:

Этот код выводит:

Как видите, имя и возраст из базового класса были правильно инициализированы, как и количество хоумранов и средний показатель из производного класса.

Цепочки наследования

Классы в цепочке наследования работают точно так же.

В этом примере класс C является производным от класса B , который является производным от класса A . Итак, что происходит, когда мы создаем экземпляр объекта класса C ?

Сначала main() вызывает C(int, double, char) . Конструктор C вызывает B(int, double) . Конструктор B вызывает A(int) . Поскольку A ни от кого не наследуется, это первый класс, который мы создадим. A создается, печатает значение 5 и возвращает управление B . B создается, печатает значение 4.3 и возвращает управление C . C создается, печатает значение ' R ' и возвращает управление main() . Готово!

Таким образом, эта программа печатает:

Стоит отметить, что конструкторы могут вызывать конструкторы только их непосредственного родительского/базового класса. Следовательно, конструктор C не может напрямую вызывать или передавать параметры конструктору A . Конструктор C может вызывать только конструктор B (который отвечает за вызов конструктора A ).

Деструкторы

Когда производный класс уничтожается, каждый деструктор вызывается в порядке, обратном созданию. В приведенном выше примере, когда c уничтожается, сначала вызывается деструктор C , затем деструктор B , а затем деструктор A .

Резюме

При создании производного класса конструктор производного класса отвечает за определение того, какой вызывается конструктор базового класса. Если конструктор базового класса не указан, будет использоваться конструктор базового класса по умолчанию. В этом случае, если конструктор базового класса по умолчанию не может быть найден (или создан по умолчанию), компилятор выдаст ошибку. Далее классы создаются в порядке от самого базового к самому производному.

На этом этапе вы достаточно понимаете наследование в C++, чтобы создавать свои собственные наследованные классы!

Небольшой тест

Вопрос 1

Давайте реализуем наш пример с фруктами, о котором мы говорили во введении в наследование. Создайте базовый класс Fruit , содержащий два закрытых члена: имя, name , ( std::string ) и цвет, color , ( std::string ). Создайте класс для яблока, Apple , наследованный от Fruit . У Apple должен быть дополнительный закрытый член: клетчатка, fiber , ( double ). Создайте класс для банана, Banana , который также наследуется от Fruit . У Banana нет дополнительных членов.

Должна запуститься следующая программа:

Она должна напечатать следующее:

Подсказка: поскольку a и b являются константами, вам нужно помнить о константности. Убедитесь, что ваши параметры и функции имеют значение const .

Читайте также: