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對於 C++ 對象而言，我們認為：對象 = 內存 + 語義（不變量）。

• 內存：僅僅是電子與硅晶體中狀態未知的比特位。
• 語義：這段內存代表什麼含義（是 int、是 char 還是 float），以及它必須滿足的條件（“不變量”，Invariant）。

構造函數（Constructor）的本質就是將 “原始、混沌” 的內存強制轉換為 “持有特定語義的、合法的對象” 的原子操作過程。

核心邏輯

在 C 語言中，創建一個 struct 通常分為兩步：

1. 分配內存（malloc 或棧上聲明）
2. 賦值（init 函數或手動賦值）

問題在於：如果在第 1 步和第 2 步之間使用該對象，就會導致災難（未定義行為）。或者，如果使用者忘記了第 2 步，系統就會處於 “非法狀態”。

C++ 引入構造函數就是為了保證：

如果一個對象存在，那麼它一定是合法的。

構造函數保證了初始化（Initialization）與定義（Defination）的不可分割性。

構造函數的執行流

當你寫下 T object(args); 時，編譯器實際執行了以下步驟：

1. 分配內存：在棧或堆上找到一塊足夠容納 sizeof(T) 的空間。此時，內存裏的數據是隨機的（Garbage）。
2. 執行初始化列表（Initialization List）：這是真正的初始化時刻。
3. 執行函數體（Function Body）：這實際上是後續的計算或賦值操作，而非初始化。

為什麼首選初始化列表？

因為 C++ 規定成員變量在進入構造函數體 {} 之前必須完成構建。

Class() : member(value) {} // 直接在內存位置上構造 member

使用初始化列表的成本僅為 1 次構造。

Class() { member = value; }

過程：

1. 調用 member 的默認構造函數（無參）。
2. 調用 member 的賦值運算符 operator=。

在這個過程中的成本為：1 次構造 + 1 次賦值（還可能設計舊內存釋放和新內存申請）。

初始化列表不僅是效率優化，對於 const 成員或 reference（引用）成員，它是唯一的初始化方式，因為它們創建後不可修改（不可賦值）。

構造函數的分類

根據對象資源管理的不同需求，構造函數演化出了四種主要形態。我們將用資源所有權的視角來區分它們。

默認構造函數（Default Constructor）

• 語義：無中生有
• 形式：T()
• 視角：當對象被創建但外界未提供任何信息時，對象應處於什麼狀態？通常是 “空狀態” 或 “零狀態”
• 注意：如果類中包含原始指針，編譯器生成的默認構造函數不會置空指針（由於 C 的遺留包袱），這會導致懸垂指針。因此現代 C++ 提倡顯式定義或使用成員默認初始化（int* p = nullptr;）

參數化構造函數（Parameterized Constructor）

• 語義：根據藍圖定製
• 形式：T(args...)
• 視角：將外部數據約束映射到內部不變量。例如，創建 “圓” 對象，參數是半徑。構造函數必須檢查 radius > 0，這就是維護 “不變量”

拷貝構造函數（Copy Constructor）

• 語義：複製（細胞分裂、克隆）
• 形式：T(const T& other)
• 視角：
  • 如果對象時值語義（如整數、座標），直接按位拷貝（Shallow Copy）
  • 如果對象持有資源（如堆內存指針、文件句柄），必須進行深拷貝（Deep Copy）
  • 本質矛盾：如果只複製指針，兩個對象指向同一塊內存，析構時會發生 “Double Free” 錯誤。因此拷貝構造函數必須重新分配資源。

移動構造函數（Move Constructor）

移動構造函數是 C++11 提出的革命性進步。

• 語義：所有權轉移（器官移植）
• 形式：T(T&& other)
• 視角：
  • 在 C++98 中，如果要將一個臨時對象（即將銷燬）放入容器，比如先複製再銷燬。這極度浪費性能（如複製一個巨大的 std::vector）
  • 移動構造函數利用右值引用（&&），識別出 other 是一個即將消亡的對象。
  • 它偷走 other 的資源（指針指向新主，舊指針置空），而非複製數據
  • 代價：極低（僅是指針賦值）

關鍵機制與陷阱

explicit 關鍵字：拒絕隱式轉換

C++ 默認允許單參數構造函數進行隱式類型轉換。

struct Buffer { Buffer(int size) { ... } };
void func(Buffer b);

func(42)； // 編譯器偷偷執行了 Buffer(42)，可能並不是你想要的

從安全角度（Safety First）出發，隱式類型轉換破壞了強類型系統。標記 explicit 禁止這種 “自作聰明” 的行為，強制顯式調用。

委託構造（Delegating Constructors）

允許一個構造函數調用同類的另一個構造函數。這是為了准許 DRY（Don't Repeat Yourself）原則，防止初始化邏輯碎片化。

構造與虛函數

永遠不要在構造函數中調用虛函數。

• 原理：在基類構造期間，派生類的部分尚未初始化。為了安全，C++ 此時將對象視為基類類型。虛函數表（vtalbe）指針指向基類表，多態失效。

RAII 與構造函數

將上述所有內容串聯起來的概念就是 RAII（Resource Acquisition Is Initialization），這是 C++ 的靈魂。

• 資源獲取即初始化：資源的生命週期嚴格綁定對象的生命週期
• 構造函數：資源的獲取點（鎖住互斥量、打開文件、分配內存）
• 析構函數：資源的釋放點（解鎖、關閉、釋放）

C++ 的構造函數不僅僅是用來 “賦值” 的函數，它是類型系統安全性的守門人，是資源管理自動化的起點。

掌握構造函數，不僅僅是記住語法，而是要時刻思考：

這個對象誕生的一瞬間，我如何保證它擁有了所需的資源，且處於絕對合法的狀態？

相關關鍵字

控制編譯器行為

C++ 編譯器通常會 “自作聰明” 地為你生成默認構造、拷貝構造等。以下關鍵字則可以用於精確控制這種自動行為。

= default

• 語義：出廠設置

當你手寫了一個參數化構造函數 T(int a) 後，編譯器認為你是一個有主見的人，於是不再自動生成無參的默認構造函數 T()。如果此時你又想要那個 “空” 的默認構造函數，不需要再手寫個空函數體 {}（這會導致它變成 “用户提供的”，從而失去某些 trivial/POD 特性），直接用 = default 讓編譯器恢復它的默認生成邏輯。

struct Example {
    Example(int a);         // 自定義構造
    Example() = default;    // 強制找回默認構造，且比手寫 {} 更高效
};

= delete（C++11）

• 語義：此路不通

有些對象在語義上是獨一無二的（例如：單例模式、硬件驅動句柄 Mutex、FileStream），它們絕不能被拷貝。

在 C++11 之前，我們通過把拷貝構造函數設為 private 來防止拷貝。C++11 之後，可以直接在語法層面 “刪除” 這個函數的存在。

struct Mutex {
    // 任何嘗試拷貝代碼的操作，在編譯期間就會報錯
    Mutex(const Mutex&) = delete;
    Mutex& operator(const Mutex&) = delete;
};

using（繼承構造函數）

• 語義：拿來主義

派生類通常不會繼承基類的構造函數。如果基類有 10 種構造方式，派生類想支持同樣的 10 種，以前得手動寫 10 個轉發函數。

using 關鍵字告訴編譯器：把基類的構造函數直接 “引入” 到當前作用域。

struct Base {
    Base(int); Base(std::string); Base(float);
};

struct Derived: Base {
    using Base::Base; // 一句話，擁有了上述三種構造方式
};

性能優化

這部分關鍵字主要服務於嵌入式開發和高性能計算，通過向編譯器提供更多信息來優化機器碼。

noexcept

• 語義：我保證不惹麻煩（不拋出異常）

這是移動語義（Move Semantics）生效的關鍵。當 std::vector 擴容時，它需要把舊數據搬到新內存。如果你的移動構造函數沒有標記 noexcept，std::vector 為了內存安全（怕搬到一半拋異常，導致舊數據沒了，新數據也沒好），會放棄移動，強行降級為拷貝。

這在大數據量或高性能要求場景下會帶來極大的損耗。

class BigData {
public:
    // 承諾：移動操作絕不會失敗，編譯器看到這個才會大膽優化
    BigData(BigData&& other) noexcept { ... }
};

constexpr（C++11/14）

• 語義：在編譯時就已經準備好了

如果一個對象的構造參數在編譯時就是確定的常量，那麼為什麼要等到程序運行（Runtime）才去分配內存、賦值呢？

constexpr 構造函數允許編譯器在編譯階段就計算出對象的內存佈局，並直接燒錄在二進制文件的只讀數據端（.rodata）或直接作為立即數嵌入指令中。

這對於嵌入式系統（節省運行時開銷、Flash/RAM 佈局）至關重要。

struct Point {
    int x, y;
    constexpr Point(int _x, int _y) : x(_x), y(_y) {}
};

// 編譯後，p 甚至可能不存在，直接被優化為立即數操作
constexpr Point p(10, 20);

邏輯控制與異常處理

explicit

在前文已經講到。同時，除了單參數構造函數，多參數構造函數（C++11 列表初始化）也需要注意。

struct Vector3 {
    explicit Vector3(float x, float y, float z);
};

void func(Vector3 v);

func({1.0, 2.0, 3.0}); // 錯誤！因為 explicit 禁止了 {list} -> Object 的隱式類型轉換
func(Vector3{1.0, 2.0, 3.0}); // 正確，顯式調用

try（Function-try block）

• 語義：在進入內部前就能捕獲錯誤

構造函數分兩步：初始化列表 \(\rightarrow\) 函數體。如果在初始化列表階段（比如基類構造、成員對象構造）拋出了異常，普通的 try-catch 包裹函數體是抓不住的。必須把 try 寫在函數體外，這就是函數 try 塊。

ResourceManager() try : core_resource(new core) {
    // ... 函數體
} catch (...) {
    // 能夠捕獲 core_resource 初始化時拋出的異常
    // 注意：構造函數裏的 catch 必定會再次拋出異常，因為對象構造函數失敗了，必須通知外界
}

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