c++ 各种奇门鬼爪的构造函数 和 类的初始化

2021-10-22 14:07:13

参考：C++转换构造函数：将其它类型转换为当前类的类型 (biancheng.net)

C++类型转换函数：将当前类的类型转换为其它类型 (biancheng.net)

类型转换函数的语法格式为：

operator type(){
    //TODO:
    return data;
}

operator 是 C++ 关键字，type 是要转换的目标类型，data 是要返回的 type 类型的数据。肯定返回类型和要转换的一致，所以返回值省略了。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;

class Complex{
public:
    Complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ }
public:
    operator double() const { return m_real; }  //类型转换函数，或者 类型转换运算符
private:
    double m_real;
    double m_imag;
};

int main(){
    //下面是正确的用法
    int m = 100;
    Complex c(12.5, 23.8);
    long n = static_cast<long>(m);  //宽转换，没有信息丢失
    char ch = static_cast<char>(m);  //窄转换，可能会丢失信息
    int *p1 = static_cast<int*>( malloc(10 * sizeof(int)) );  //将void指针转换为具体类型指针
    void *p2 = static_cast<void*>(p1);  //将具体类型指针，转换为void指针
    double real= static_cast<double>(c);  //调用类型转换函数
   
    //下面的用法是错误的
    float *p3 = static_cast<float*>(p1);  //不能在两个具体类型的指针之间进行转换
    p3 = static_cast<float*>(0X2DF9);  //不能将整数转换为指针类型

    return 0;
}

转换

int main(){
    Complex a(10.0, 20.0);
    a = (Complex)25.5;  //错误，转换失败
    return 0;
}

添加构造函数
Complex(double real): m_real(real), m_imag(0.0){ }  //转换构造函数

a = (Complex)25.5;
相当于：a.Complex(25.5);

各种构造，体现了构造函数的本意——在创建对象时初始化对象。

Complex c1(26.4);  //创建具名对象
Complex c2 = 240.3;  //以拷贝的方式初始化对象： 将 240.3 转换为 Complex 类型（创建一个 Complex 类的匿名对象），然后再拷贝给 c2。
Complex(15.9);  //创建匿名对象
c1 = Complex(46.9);  //创建一个匿名对象并将它赋值给 c1
Complex c1();  //调用Complex()
Complex c2(10, 20);  //调用Complex(double real, double imag)
Complex c3(c2);  //调用Complex(const Complex &c)
Complex c4(25.7);  //调用Complex(double real)

 

 

在 C/C++ 中，不同的数据类型之间可以相互转换。无需用户指明如何转换的称为自动类型转换（隐式类型转换），需要用户显式地指明如何转换的称为强制类型转换。

自动类型转换示例：

  1. int a = 6;
  2. a = 7.5 + a;

编译器对 7.5 是作为 double 类型处理的，在求解表达式时，先将 a 转换为 double 类型，然后与 7.5 相加，得到和为 13.5。在向整型变量 a 赋值时，将 13.5 转换为整数 13，然后赋给 a。整个过程中，我们并没有告诉编译器如何去做，编译器使用内置的规则完成数据类型的转换。

强制类型转换示例：

  1. int n = 100;
  2. int *p1 = &n;
  3. float *p2 = (float*)p1;

p1 是int *类型，它指向的内存里面保存的是整数，p2 是float *类型，将 p1 赋值给 p2 后，p2 也指向了这块内存，并把这块内存中的数据作为小数处理。我们知道，整数和小数的存储格式大相径庭，将整数作为小数处理非常荒诞，可能会引发莫名其妙的错误，所以编译器默认不允许将 p1 赋值给 p2。但是，使用强制类型转换后，编译器就认为我们知道这种风险的存在，并进行了适当的权衡，所以最终还是允许了这种行为。

关于整数和小数在内存中的存储格式，请猛击《整数在内存中是如何存储的》《小数在内存中是如何存储的》。

不管是自动类型转换还是强制类型转换，前提必须是编译器知道如何转换，例如，将小数转换为整数会抹掉小数点后面的数字，将int *转换为float *只是简单地复制指针的值，这些规则都是编译器内置的，我们并没有告诉编译器。

换句话说，如果编译器不知道转换规则就不能转换，使用强制类型也无用，请看下面的例子：

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  4. //复数类
  5. class Complex{
  6. public:
  7. Complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
  8. Complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
  9. public:
  10. friend ostream & operator<<(ostream &out, Complex &c); //友元函数
  11. private:
  12. double m_real; //实部
  13. double m_imag; //虚部
  14. };
  16. //重载>>运算符
  17. ostream & operator<<(ostream &out, Complex &c){
  18. out << c.m_real <<" + "<< c.m_imag <<"i";;
  19. return out;
  20. }
  22. int main(){
  23. Complex a(10.0, 20.0);
  24. a = (Complex)25.5; //错误，转换失败
  25. return 0;
  26. }

25.5 是实数，a 是复数，将 25.5 赋值给 a 后，我们期望 a 的实部变为 25.5，而虚部为 0。但是，编译器并不知道这个转换规则，这超出了编译器的处理能力，所以转换失败，即使加上强制类型转换也无用。

幸运的是，C++ 允许我们自定义类型转换规则，用户可以将其它类型转换为当前类类型，也可以将当前类类型转换为其它类型。这种自定义的类型转换规则只能以类的成员函数的形式出现，换句话说，这种转换规则只适用于类。

本节我们先讲解如何将其它类型转换为当前类类型，下节再讲解如何将当前类类型转换为其它类型。

转换构造函数

将其它类型转换为当前类类型需要借助转换构造函数（Conversion constructor）。转换构造函数也是一种构造函数，它遵循构造函数的一般规则。转换构造函数只有一个参数。

仍然以 Complex 类为例，我们为它添加转换构造函数：

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  4. //复数类
  5. class Complex{
  6. public:
  7. Complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
  8. Complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
  9. Complex(double real): m_real(real), m_imag(0.0){ } //转换构造函数
  10. public:
  11. friend ostream & operator<<(ostream &out, Complex &c); //友元函数
  12. private:
  13. double m_real; //实部
  14. double m_imag; //虚部
  15. };
  17. //重载>>运算符
  18. ostream & operator<<(ostream &out, Complex &c){
  19. out << c.m_real <<" + "<< c.m_imag <<"i";;
  20. return out;
  21. }
  23. int main(){
  24. Complex a(10.0, 20.0);
  25. cout<<a<<endl;
  26. a = 25.5; //调用转换构造函数
  27. cout<<a<<endl;
  28. return 0;
  29. }

运行结果：
10 + 20i
25.5 + 0i

Complex(double real);就是转换构造函数，它的作用是将 double 类型的参数 real 转换成 Complex 类的对象，并将 real 作为复数的实部，将 0 作为复数的虚部。这样一来，a = 25.5;整体上的效果相当于：

a.Complex(25.5);

将赋值的过程转换成了函数调用的过程。

在进行数学运算、赋值、拷贝等操作时，如果遇到类型不兼容、需要将 double 类型转换为 Complex 类型时，编译器会检索当前的类是否定义了转换构造函数，如果没有定义的话就转换失败，如果定义了的话就调用转换构造函数。

转换构造函数也是构造函数的一种，它除了可以用来将其它类型转换为当前类类型，还可以用来初始化对象，这是构造函数本来的意义。下面创建对象的方式是正确的：

  1. Complex c1(26.4); //创建具名对象
  2. Complex c2 = 240.3; //以拷贝的方式初始化对象
  3. Complex(15.9); //创建匿名对象
  4. c1 = Complex(46.9); //创建一个匿名对象并将它赋值给 c1

在以拷贝的方式初始化对象时，编译器先调用转换构造函数，将 240.3 转换为 Complex 类型（创建一个 Complex 类的匿名对象），然后再拷贝给 c2。

如果已经对+运算符进行了重载，使之能进行两个 Complex 类对象的相加，那么下面的语句也是正确的：

  1. Complex c1(15.6, 89.9);
  2. Complex c2;
  3. c2 = c1 + 29.6;
  4. cout<<c2<<endl;

在进行加法运算符时，编译器先将 29.6 转换为 Complex 类型（创建一个 Complex 类的匿名对象）再相加。

需要注意的是，为了获得目标类型，编译器会“不择手段”，会综合使用内置的转换规则和用户自定义的转换规则，并且会进行多级类型转换，例如：

  • 编译器会根据内置规则先将 int 转换为 double，再根据用户自定义规则将 double 转换为 Complex（int --> double --> Complex）；
  • 编译器会根据内置规则先将 char 转换为 int，再将 int 转换为 double，最后根据用户自定义规则将 double 转换为 Complex（char --> int --> double --> Complex）。


从本例看，只要一个类型能转换为 double 类型，就能转换为 Complex 类型。请看下面的例子：

  1. int main(){
  2. Complex c1 = 100; //int --> double --> Complex
  3. cout<<c1<<endl;
  5. c1 = 'A'; //char --> int --> double --> Complex
  6. cout<<c1<<endl;
  8. c1 = true; //bool --> int --> double --> Complex
  9. cout<<c1<<endl;
  11. Complex c2(25.8, 0.7);
  12. //假设已经重载了+运算符
  13. c1 = c2 + 'H' + true + 15; //将char、bool、int都转换为Complex类型再运算
  14. cout<<c1<<endl;
  16. return 0;
  17. }

运行结果：
100 + 0i
65 + 0i
1 + 0i
113.8 + 0.7i

再谈构造函数

构造函数的本意是在创建对象的时候初始化对象，编译器会根据传递的实参来匹配不同的（重载的）构造函数。回顾一下以前的章节，到目前为止我们已经学习了以下几种构造函数。

1) 默认构造函数。就是编译器自动生成的构造函数。以 Complex 类为例，它的原型为：

Complex();  //没有参数


2) 普通构造函数。就是用户自定义的构造函数。以 Complex 类为例，它的原型为：

Complex(double real, double imag);  //两个参数


3) 拷贝构造函数。在以拷贝的方式初始化对象时调用。以 Complex 类为例，它的原型为：

Complex(const Complex &c);


4) 转换构造函数。将其它类型转换为当前类类型时调用。以 Complex 为例，它的原型为：

Complex(double real);


不管哪一种构造函数，都能够用来初始化对象，这是构造函数的本意。假设 Complex 类定义了以上所有的构造函数，那么下面创建对象的方式都是正确的：

  1. Complex c1(); //调用Complex()
  2. Complex c2(10, 20); //调用Complex(double real, double imag)
  3. Complex c3(c2); //调用Complex(const Complex &c)
  4. Complex c4(25.7); //调用Complex(double real)

这些代码都体现了构造函数的本意——在创建对象时初始化对象。

除了在创建对象时初始化对象，其他情况下也会调用构造函数，例如，以拷贝的的方式初始化对象时会调用拷贝构造函数，将其它类型转换为当前类类型时会调用转换构造函数。这些在其他情况下调用的构造函数，就成了特殊的构造函数了。特殊的构造函数并不一定能体现出构造函数的本意。

对 Complex 类的进一步精简

上面的 Complex 类中我们定义了三个构造函数，其中包括两个普通的构造函数和一个转换构造函数。其实，借助函数的默认参数，我们可以将这三个构造函数简化为一个，请看下面的代码：

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  4. //复数类
  5. class Complex{
  6. public:
  7. Complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ }
  8. public:
  9. friend ostream & operator<<(ostream &out, Complex &c); //友元函数
  10. private:
  11. double m_real; //实部
  12. double m_imag; //虚部
  13. };
  15. //重载>>运算符
  16. ostream & operator<<(ostream &out, Complex &c){
  17. out << c.m_real <<" + "<< c.m_imag <<"i";;
  18. return out;
  19. }
  21. int main(){
  22. Complex a(10.0, 20.0); //向构造函数传递 2 个实参，不使用默认参数
  23. Complex b(89.5); //向构造函数传递 1 个实参，使用 1 个默认参数
  24. Complex c; //不向构造函数传递实参，使用全部默认参数
  25. a = 25.5; //调用转换构造函数（向构造函数传递 1 个实参，使用 1 个默认参数）
  27. return 0;
  28. }

精简后的构造函数包含了两个默认参数，在调用它时可以省略部分或者全部实参，也就是可以向它传递 0 个、1 个、2 个实参。转换构造函数就是包含了一个参数的构造函数，恰好能够和其他两个普通的构造函数“融合”在一起。

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