Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ — страница 8 из 74

Отношение C++ к инициализации значений объектов может показаться странным. Например, если вы пишете:

int x;

то в некоторых контекстах переменная x будет гарантированно инициализирована нулем, а в других – нет. Если вы пишете:

class Point {
int x, y;
};
...
Point p;

то члены-данные объекта p иногда будут инициализированы (нулями), а иногда – нет. Если вы перешли к C++ от языка, где неинициализированные объекты не могут существовать, обратите на это внимание.

Чтение неинициализированных значений может быть причиной неопределенного поведения. На некоторых платформах такое простое действие, как доступ к неинициированному значению для чтения, может вызвать аварийную остановку программы. Но чаще вы получите случайный набор битов, который испортит внутреннее состояние объекта, в который они записываются, и в конечном итоге это приведет к необъяснимому поведению программы и длительному поиску ошибки в отладчике.

Сформулируем правила, которые описывают, когда инициализация объекта гарантируется, а когда нет. К сожалению, эти правила достаточно сложны – на мой взгляд, слишком сложны, чтобы их стоило запоминать. Вообще, если вы работаете с C-частью C++ (см. правило 1) и инициализация может стоить определенных затрат во время исполнения, то не гарантируется, что она произойдет. Это объясняет, почему содержимое массивов (в C-части C++) не обязательно инициализируется, а содержимое вектора (из STL-части C++) инициализируется всегда.

По-видимому, лучший способ поведения в такой неопределенной ситуации – всегда инициализировать объекты, прежде чем их использовать. Для объектов встроенных типов, не являющихся членами классов, это нужно делать вручную. Например:

int x = 0; // ручная инициализация int
const char * text = “Строка в стиле C”; // ручная инициализация указателя
// (см. также правило 3)
double d; // «инициализация» чтением
std::cin >> d; // из входного потока

Почти во всех остальных случаях ответственность за инициализацию ложится на конструкторы. Правило простое: убедитесь, что все конструкторы инициализируют в объекте всё.

Этому правилу легко следовать, но важно не путать присваивание с инициализацией. Рассмотрим конструктор класса, представляющего записи в адресной книге:

class PhoneNumber {…}
class ABEntry { // ABEntry = “Address Book Entry”
public:
ABEntry(const std::string& name, const std::string& address,
const std::list& phones);
private:
std::string theName;
std::string theAddress;
std::list thePhones;
int numTimesConsulted;
};
ABEntry(const std::string& name, const std::string& address,
const std::list& phones)
{
theName = name; // все это присваивание, а не инициализация
theAddress = address;
thePhones = phones;
numTimesConsulted = 0;
}

Да, в результате порождаются объекты ABEntry со значениями, которых вы ожидаете, но это все же не лучший подход. Правила C++ оговаривают, что члены объекта инициируются перед входом в тело конструктора. То есть внутри конструктора ABEntry члены theName, theAddress и thePhones не инициализируются, а им присваиваются значения. Инициализация происходит ранее: когда автоматически вызываются их конструкторы перед входом в тело конструктора ABEntry. Это не касается numTimesConsulted, поскольку этот член относится к встроенному типу. Для него нет никаких гарантий того, что он вообще будет инициализирован перед присваиванием.

Лучший способ написания конструктора ABEntry – использовать список инициализации членов вместо присваивания:

ABEntry(const std::string& name, const std::string& address,
const std::list& phones)
:theName(name), // теперь это все – инициализации
:theAddress(address),
thePhones(phones),
:numTimesConsulted(0)
{} // тело конструктора теперь пусто

Этот конструктор дает тот же самый конечный результат, что и предыдущий, но часто оказывается более эффективным. Версия, основанная на присваиваниях, сначала вызывает конструкторы по умолчанию для инициализации theName, theAddress и thePhones, а затем сразу присваивает им новые значения, затирая те, что уже были присвоены в конструкторах по умолчанию. Таким образом, вся работа конструкторов по умолчанию тратится впустую. Подход со списком инициализации членов позволяет избежать этой проблемы, поскольку аргументы в списке инициализации используются в качестве аргументов конструкторов для различных членов-данных. В этом случае theName создается конструктором копирования из name, theAddress – из address, thePhones – из phones. Для большинства типов единственный вызов конструктора копирования более эффективен – иногда намного более эффективен, чем вызов конструкторов по умолчанию с последующим вызовом операторов присваивания.

Для объектов встроенных типов вроде numTimesConsulted нет разницы по затратам между инициализацией и присваиванием, но для единообразия часто лучше инициировать все посредством списка инициализации членов. Такие списки можно применять даже тогда, когда данные-члены инициализируются конструкторами по умолчанию: просто не передавайте никаких аргументов соответствующему конструктору. Например, если у ABEntry есть конструктор, не принимающий параметров, то он может быть реализован примерно так:

ABEntry()
:theName(), // вызвать конструктор по умолчанию для theName
:theAddress(), // сделать то же для theAddress и для thePhones;
thePhones(), // но явно инициализировать нулем numTimesConsulted
:numTimesConsulted(0)
{}

Поскольку компилятор автоматически вызывает конструкторы по умолчанию для данных-членов пользовательских типов, когда для них отсутствуют инициализаторы в списке инициализации членов, некоторые программисты считают приведенный выше код избыточным. Это понятно, но, придерживаясь политики всегда перечислять все данные-члены в списках инициализации, вы избавляете себя от необходимости помнить, какие члены будут инициализированы, если их пропустить, а какие – нет. Например, поскольку numTimesConsulted относится к встроенному типу, то исключение его из списка инициализации может открыть двери неопределенному поведению.

Иногда список инициализации просто необходимо использовать, даже для встроенных типов. Например, данные-члены, которые являются константами либо ссылками, обязаны быть инициализированы, так как они не могут получить значения посредством присваивания (см. также правило 5). Чтобы избежать необходимости помнить, когда данные-члены должны быть инициализированы в списке инициализации, а когда это не обязательно, проще делать это всегда. Иногда это обязательно, а часто – более эффективно, чем присваивание.

Во многих классах есть несколько конструкторов, и каждый конструктор имеет свой собственный список инициализации. Если у класса много данных-членов или базовых классов, то наличие большого числа списков инициализации порождает нежелательное дублирование кода (в списках) и тоску (у программистов). В таких случаях имеет смысл опустить в списках инициализации те данные-члены, для которых присваивание работает так же, как настоящая инициализация, переместив инициализацию в одну (обычно закрытую) функцию, которую вызывают все конструкторы. Этот подход может быть особенно полезен, если начальные значения должны быть загружены из файла или базы данных. Однако, вообще говоря, инициализация членов посредством списков инициализации более предпочтительна, чем псевдоинициализация присваиванием.