C++11 列表初始化与类型声明

目录

​

0.前言

1.C++11介绍

2.统一的列表初始化

2.1{}初始化

2.2initializer_list

2.2.1initializer_list 的基本用法

2.2.2用于类的 initializer_list 构造函数

2.2.3与标准库容器的结合

2.2.4优势与注意事项

3.新声明

3.1auto

3.1.1基本用法

3.1.2优势

3.1.3注意事项

3.2decltype

3.2.1基本用法

3.2.2与 auto 的区别

3.2.3用于返回类型推导

3.3nullptr

3.3.1基本用法

3.3.2与 NULL 的区别

3.3.3优势

4.小结

---

（图源网络，侵删）

0.前言

在现代软件开发中，数据结构和编程语言的特性直接影响代码的效率和可维护性。尽管 C++98 提供了丰富的数据结构和功能，但在代码简洁性和类型安全性方面仍有不足。C++11 引入了许多新特性，如右值引用、lambda 表达式、智能指针和多线程库等，极大地增强了语言的现代化和功能性。本文将重点介绍 C++11 的列表初始化和类型声明新特性，通过实例展示它们的用法和优势，帮助开发者更好地理解和应用这些特性。

1.C++11介绍

C++11，也被称为 C++0x，是 C++ 标准的一次重要更新，于 2011 年正式发布。它的出现标志着 C++ 语言的一个重大转折点，旨在解决 C++98 中的各种局限性和问题，使 C++ 更加现代化和高效。C++11 的开发始于 2005 年，其目标是提升语言的性能和可用性，同时保持与现有代码的兼容性。标准委员会通过广泛的讨论和实验，引入了大量的新特性，包括右值引用（Rvalue References）、lambda 表达式、智能指针、多线程库、以及更为简洁和安全的初始化和类型声明方式。C++11 不仅极大地丰富了语言本身的功能，也为开发者提供了更为强大的工具，帮助他们编写更高效、更可靠的代码。

2.统一的列表初始化

C++11 引入了统一的列表初始化语法，使得对象的初始化方式更加一致和简洁。新的列表初始化方式通过使用花括号 {} 来统一不同类型对象的初始化过程，从而简化代码，减少错误。

2.1{}初始化

在 C++11 之前，初始化对象的方式因对象类型的不同而各异。对于基本类型、数组、结构体、类等，各自有不同的初始化语法。这种多样化的初始化方式不仅让代码显得杂乱无章，还容易引发各种隐式转换错误和未定义行为。C++11 的 {} 初始化通过提供一种统一的语法，解决了这些问题。

基本类型的初始化

在 C++11 中，花括号 {} 可以用于初始化基本类型：

int a{10};    // 直接初始化
int b = {20}; // 复制初始化
int c{};      // 值初始化，c 被初始化为 0

这种初始化方式的一个显著优点是，它能够防止窄化转换（narrowing conversion）：

int x{3.14};  // 错误：不能将 double 赋值给 int
int y = 3.14; // 有效，但 y 被截断为 3

 通过使用 {} 初始化，编译器会检测并阻止潜在的错误转换，增强了代码的安全性。

类和结构体的初始化

C++11 的 {} 初始化同样适用于类和结构体对象：

struct Point {int x;int y;
};Point p1{1, 2};  // 直接初始化
Point p2 = {3, 4}; // 复制初始化

对于类对象，C++11 允许通过 {} 初始化来调用构造函数：

class MyClass {
public:MyClass(int a, int b) : x(a), y(b) {}
private:int x, y;
};MyClass obj{10, 20}; // 调用 MyClass 的构造函数

数组和容器的初始化

C++11 使得数组和标准库容器的初始化更加简洁和直观：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};   // 数组初始化
std::vector<int> vec{1, 2, 3, 4, 5}; // std::vector 初始化
std::map<int, std::string> m = {{1, "one"},{2, "two"},{3, "three"}
}; // std::map 初始化

这种统一的列表初始化方式不仅简化了代码，还增强了代码的可读性和一致性，使开发者能够更轻松地管理复杂的数据结构。 

2.2initializer_list

C++11 引入了 initializer_list 类型，以支持更加灵活和统一的列表初始化。initializer_list 是标准库中的一个模板类，允许构造函数和其他函数接收一个初始化列表，从而简化了容器和对象的初始化过程。

2.2.1initializer_list 的基本用法

initializer_list 提供了一种方式，使得函数可以接收一组由花括号 {} 包裹的初始值。以下是一个简单的示例：

#include <initializer_list>
#include <iostream>void printList(std::initializer_list<int> list) {for (auto elem : list) {std::cout << elem << " ";}std::cout << std::endl;
}int main() {printList({1, 2, 3, 4, 5});return 0;
}

在这个例子中，函数 printList 接受一个 initializer_list<int> 类型的参数，并通过范围循环（range-based for loop）来遍历并打印列表中的元素。

2.2.2用于类的 initializer_list 构造函数

initializer_list 常用于定义容器类的构造函数，使得容器类可以接受初始化列表，从而简化对象的初始化。例如：

#include <initializer_list>
#include <vector>
#include <iostream>class MyContainer {
public:MyContainer(std::initializer_list<int> list) {for (auto elem : list) {data.push_back(elem);}}void print() const {for (auto elem : data) {std::cout << elem << " ";}std::cout << std::endl;}private:std::vector<int> data;
};int main() {MyContainer container = {1, 2, 3, 4, 5};container.print();return 0;
}

 在这个例子中，MyContainer 类的构造函数接受一个 initializer_list<int> 类型的参数，并使用该列表初始化 data 成员。这样，用户可以直接使用花括号语法来初始化 MyContainer 对象。

2.2.3与标准库容器的结合

initializer_list 在标准库容器中得到了广泛应用。例如，std::vector、std::set 和 std::map 等容器都支持通过 initializer_list 进行初始化：

#include <vector>
#include <set>
#include <map>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};std::set<std::string> strSet = {"one", "two", "three"};std::map<int, std::string> intToStrMap = {{1, "one"},{2, "two"},{3, "three"}};for (int num : vec) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;for (const auto& str : strSet) {std::cout << str << " ";}std::cout << std::endl;for (const auto& pair : intToStrMap) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

输出结果：

1 2 3 4 5
one three two
1: one 2: two 3: three 

在这个示例中，std::vector、std::set 和 std::map 都通过 initializer_list 进行了初始化，使得代码更加简洁和易读。

2.2.4优势与注意事项

使用 initializer_list 具有以下几个优势：

1. 简洁性：通过花括号 {} 初始化列表，使得代码更加简洁和直观。
2. 一致性：提供了一种统一的初始化语法，适用于各种类型的对象。
3. 安全性：避免了某些类型转换问题，提高了代码的安全性。

然而，使用 initializer_list 时也需注意以下几点：

1. 不可修改：initializer_list 本身是不可修改的，不能添加或删除元素。
2. 生命周期：initializer_list 的元素是对外部数组的引用，使用时需要确保数组的生命周期长于 initializer_list。

3.新声明

C++11 引入了几种新的类型声明方式，使得代码更加简洁和易于维护。新的类型声明方式包括 auto、decltype 和 nullptr，它们极大地增强了 C++ 语言的类型推导能力和代码安全性。

3.1auto

auto 关键字允许编译器根据初始化表达式自动推导变量的类型，从而简化了变量声明，特别是在复杂类型的声明中。

3.1.1基本用法

auto 可以用于推导任何类型的变量，包括基本类型、指针、引用、容器迭代器等：

int x = 10;
auto a = x;  // a 被推导为 int 类型double y = 5.5;
auto b = y;  // b 被推导为 double 类型auto c = &x;  // c 被推导为 int* 类型std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
auto it = vec.begin();  // it 被推导为 std::vector<int>::iterator 类型

3.1.2优势

使用 auto 的优势包括：

1. 简化代码：减少冗长的类型声明，特别是在使用 STL 容器和迭代器时。
2. 提高可读性：让代码更简洁，更易读。
3. 减少错误：降低手动写错类型的风险，特别是在类型复杂或容易变化时。

3.1.3注意事项

尽管 auto 带来了诸多便利，但在使用时需要注意以下几点：

1. 明确性：在某些情况下，auto 可能会降低代码的明确性和可读性，需要开发者对推导出的类型有清晰的认识。

2. 推导规则：auto 会根据右值表达式推导类型，有时可能会与预期不符。例如，数组类型会被推导为指针类型：

   int arr[3] = {1, 2, 3};
   auto p = arr;  // p 被推导为 int*
   

3.2decltype

decltype 关键字用于查询表达式的类型，并返回该类型。它在泛型编程和模板编程中尤为有用，可以精确地推导出变量或表达式的类型。

3.2.1基本用法

decltype 主要用于变量声明、函数返回类型推导等：

int x = 10;
decltype(x) y = 20;  // y 的类型与 x 相同，都是 intconst int& z = x;
decltype(z) w = x;  // w 的类型与 z 相同，都是 const int&

3.2.2与 auto 的区别

auto 是根据初始化表达式推导类型，而 decltype 则是根据表达式的类型进行推导。以下是一个对比示例：

int x = 10;
auto a = x;       // a 是 int
decltype(x) b = x; // b 是 intconst int& y = x;
auto c = y;       // c 是 int，丢弃了 const 和引用
decltype(y) d = y; // d 是 const int&

3.2.3用于返回类型推导

在模板编程中，decltype 常用于推导函数的返回类型：

template <typename T1, typename T2>
auto add(T1 a, T2 b) -> decltype(a + b) {return a + b;
}

3.3nullptr

C++11 引入了 nullptr 关键字，用于表示空指针，替代了传统的 NULL 宏。nullptr 是一个类型安全的空指针字面值，避免了 NULL 可能引发的类型转换问题。

3.3.1基本用法

nullptr 可以与任意指针类型兼容：

int* p1 = nullptr;  // int* 类型的空指针
double* p2 = nullptr;  // double* 类型的空指针void func(int* ptr) {if (ptr == nullptr) {std::cout << "Pointer is null" << std::endl;}
}int main() {func(nullptr);  // 安全地传递空指针return 0;
}

3.3.2与 NULL 的区别

NULL 宏通常定义为 0 或 (void*)0，在某些情况下可能引发类型不匹配的问题：

void f(int);
void f(void*);f(0);      // 调用 f(int)
f(NULL);   // 调用 f(int)，可能意图是 f(void*)
f(nullptr); // 调用 f(void*)，避免了歧义

3.3.3优势

使用 nullptr 的优势包括：

1. 类型安全：避免了 NULL 引发的类型转换问题。
2. 代码清晰：显式表示指针为空，使代码更具可读性。

4.小结

C++11 引入的列表初始化和新的类型声明方式，使得 C++ 语言更加强大和易用。花括号 {} 初始化和 initializer_list 提供了统一的初始化方式，简化了对象的创建过程；而 auto、decltype 和 nullptr 则增强了类型推导能力，减少了代码中的冗余和错误。掌握这些新特性，可以显著提高 C++ 编程的效率和代码质量。