方便的 C++ 结构初始化

Posted 2023-02-18

【中文标题】方便的 C++ 结构初始化

【英文标题】：Convenient C++ struct initialisation

【发布时间】：2011-09-05 02:52:34

【问题描述】：

我正在尝试找到一种方便的方法来初始化“pod”C++ 结构。现在，考虑以下结构：

struct FooBar 
  int foo;
  float bar;
;
// just to make all examples work in C and C++:
typedef struct FooBar FooBar;

如果我想方便地在 C 中初始化它（！），我可以简单地写：

/* A */ FooBar fb =  .foo = 12, .bar = 3.4 ; // illegal C++, legal C

请注意，我想明确避免使用以下符号，因为如果我将来更改结构中的 anything，我会觉得它会折断我的脖子：

/* B */ FooBar fb =  12, 3.4 ; // legal C++, legal C, bad style?

要在 C++ 中实现与 /* A */ 示例相同（或至少相似），我将不得不实现一个烦人的构造函数：

FooBar::FooBar(int foo, float bar) : foo(foo), bar(bar) 
// ->
/* C */ FooBar fb(12, 3.4);

这感觉是多余和不必要的。此外，它与 /* B */ 示例一样糟糕，因为它没有明确说明哪个值分配给哪个成员。

所以，我的问题基本上是如何在 C++ 中实现类似于 /* A */ 或更好的东西？ 或者，我可以解释为什么我不应该这样做（即为什么我的心理范式不好）。

编辑

方便指的是可维护和非冗余。

【问题讨论】：

我认为 B 示例与您将获得的一样接近。

我看不出示例 B 的“风格不好”。这对我来说很有意义，因为您正在使用它们各自的值依次初始化每个成员。

迈克，这是一种糟糕的风格，因为不清楚哪个值属于哪个成员。您必须查看结构的定义，然后计算成员以找出每个值的含义。

另外，如果 FooBar 的定义在未来发生变化，初始化可能会被破坏。

如果初始化变得漫长而复杂，不要忘记构建器模式

【参考方案1】：

由于 C++ 中不允许使用 style A 并且您不想要 style B 那么使用 style BX 怎么样：

FooBar fb =  /*.foo=*/ 12, /*.bar=*/ 3.4 ;  // :)

至少在某种程度上有所帮助。

【讨论】：

+1：它并不能真正确保正确初始化（来自编译器 POV），但确实可以帮助读者……尽管 cmets 应该保持同步。

如果我以后在foo 和bar 之间插入新字段，注释不会阻止结构的初始化被破坏。 C 仍然会初始化我们想要的字段，但 C++ 不会。这就是问题的重点——如何在 C++ 中实现相同的结果。我的意思是，Python 使用命名参数，C - 使用“命名”字段，C++ 也应该有一些东西，我希望。

评论同步？让我休息一下。安全通过窗户。重新排序参数和繁荣。 explicit FooBar::FooBar(int foo, float bar) : foo(foo), bar(bar) 好多了。注意 explicit 关键字。在安全方面，即使打破标准也更好。在 Clang 中：-Wno-c99-extensions

@DanielW，这不是关于什么更好或什么不是。这个答案是因为 OP 不想要 Style A（不是 c++）、B 或 C，它涵盖了所有有效的情况。

@iammilind 我认为提示为什么 OP 的 心理范式不好 可以改善答案。我认为现在这样很危险。

【参考方案2】：

c++2a 将支持指定初始化，但您不必等待，因为它们是 GCC、Clang 和 MSVC 的 officialy supported。

#include <iostream>
#include <filesystem>

struct hello_world 
    const char* hello;
    const char* world;
;

int main () 

    hello_world hw = 
        .hello = "hello, ",
        .world = "world!"
    ;
    
    std::cout << hw.hello << hw.world << std::endl;
    return 0;

GCC Demo MSVC Demo

20201 年更新

正如 @Code Doggo 所述，使用 Visual Studio 2019 的任何人都需要为 Configuration Properties -> C/C++ -> Language 下包含的“C++ 语言标准”字段设置 /std:c++latest。

【讨论】：

注意事项：请记住，如果您稍后将参数添加到结构的末尾，旧的初始化仍然会在未初始化的情况下静默编译。

@Catskul 否。它 will be initialized 带有空的初始化列表，这将导致初始化为零。

你是对的。谢谢你。我应该澄清一下，其余参数将被有效地默认初始化。我的意思是，任何希望这可能有助于强制执行 POD 类型的完全显式初始化的人都会失望。

自 2020 年 12 月 31 日起，使用 Visual Studio 2019 的任何人都需要为 Configuration Properties -> C/C++ -> Language 下包含的“C++ 语言标准”字段设置 /std:c++latest 。这将提供对当前正在开发中的 C++20 功能的访问。 C++20 尚未作为 Visual Studio 的完整和最终实现提供。

【参考方案3】：

您可以使用 lambda：

const FooBar fb = [&] 
    FooBar fb;
    fb.foo = 12;
    fb.bar = 3.4;
    return fb;
();

有关此成语的更多信息，请访问Herb Sutter's blog。

【讨论】：

这种方法初始化字段两次。一旦进入构造函数。第二个是fb.XXX = YYY。

【参考方案4】：

将内容提取到描述它们的函数中（基本重构）：

FooBar fb =  foo(), bar() ;

我知道该样式与您不想使用的样式非常接近，但它可以更轻松地替换常量值并解释它们（因此不需要编辑 cmets），如果它们发生变化的话。

您可以做的另一件事（因为您很懒惰）是使构造函数内联，因此您不必输入太多内容（删除“Foobar::”以及在 h 和 cpp 文件之间切换所花费的时间）：

struct FooBar 
  FooBar(int f, float b) : foo(f), bar(b) 
  int foo;
  float bar;
;

如果您想要做的只是能够使用一组值。

【参考方案5】：

你的问题有点难，因为即使是函数：

static FooBar MakeFooBar(int foo, float bar);

可以称为：

FooBar fb = MakeFooBar(3.4, 5);

因为内置数字类型的提升和转换规则。 （C 从未真正被强类型化）

在 C++ 中，您想要的都是可以实现的，尽管借助模板和静态断言：

template <typename Integer, typename Real>
FooBar MakeFooBar(Integer foo, Real bar) 
  static_assert(std::is_same<Integer, int>::value, "foo should be of type int");
  static_assert(std::is_same<Real, float>::value, "bar should be of type float");
  return  foo, bar ;

在 C 中，你可以命名参数，但你永远不会走得更远。

另一方面，如果你想要的只是命名参数，那么你会写很多繁琐的代码：

struct FooBarMaker 
  FooBarMaker(int f): _f(f) 
  FooBar Bar(float b) const  return FooBar(_f, b); 
  int _f;
;

static FooBarMaker Foo(int f)  return FooBarMaker(f); 

// Usage
FooBar fb = Foo(5).Bar(3.4);

如果你愿意，你可以加入类型提升保护。

【讨论】：

“在 C++ 中，你想要的是可以实现的”：OP 不是要求帮助防止参数顺序的混淆吗？您提出的模板如何实现这一目标？为简单起见，假设我们有 2 个参数，它们都是 int。

@max：只有当类型不同时才会阻止它（即使它们可以相互转换），这是 OP 的情况。如果它不能区分类型，那么它当然不起作用，但这是另一个问题。

啊，明白了。是的，这是两个不同的问题，我猜第二个问题目前在 C++ 中没有很好的解决方案（但似乎 C++ 20 在聚合初始化中添加了对 C99 样式参数名称的支持）。

【参考方案6】：

许多编译器的 C++ 前端（包括 GCC 和 clang）都理解 C 初始化语法。如果可以，只需使用该方法即可。

【讨论】：

不符合C++标准！

我知道这是非标准的。但是如果你能用它，它仍然是初始化一个结构体的最明智的方式。

您可以保护 x 和 y 的类型，将错误的构造函数设为私有：private: FooBar(float x, int y) ;

clang（基于 llvm 的 c++ 编译器）也支持这种语法。太糟糕了，它不是标准的一部分。

我们都知道 C 初始化器不是 C++ 标准的一部分。但是许多编译器确实理解它，并且问题没有说明针对的是哪个编译器（如果有的话）。因此，请不要对这个答案投反对票。

【参考方案7】：

C++ 中的另一种方式是

struct Point

private:

 int x;
 int y;

public:
    Point& setX(int xIn)  x = Xin; return *this;
    Point& setY(int yIn)  y = Yin; return *this;



Point pt;
pt.setX(20).setY(20);

【讨论】：

函数式编程很麻烦（即在函数调用的参数列表中创建对象），但在其他方面确实是个好主意！

优化器可能会减少它，但我的眼睛没有。

两个字：啊……啊！这比使用带有'Point pt; 的公共数据更好吗？ pt.x = pt.y = 20;`?或者如果你想要封装，这比构造函数更好吗？

它比构造函数更好，因为您必须查看参数顺序的构造函数声明......是 x ， y 还是 y ， x 但我展示的方式在调用时很明显网站

如果你想要一个 const 结构，这不起作用。或者如果你想告诉编译器不允许未初始化的结构。如果你真的想这样做，至少用inline标记setter！

【参考方案8】：

选项 D：

FooBar FooBarMake(int foo, float bar)

合法的 C，合法的 C++。可轻松针对 POD 进行优化。当然没有命名参数，但这就像所有 C++。如果你想要命名参数，Objective C 应该是更好的选择。

选项 E：

FooBar fb;
memset(&fb, 0, sizeof(FooBar));
fb.foo = 4;
fb.bar = 15.5f;

合法的 C，合法的 C++。命名参数。

【讨论】：

你可以在 C++ 中使用 FooBar fb = ; 而不是 memset，它默认初始化所有结构成员。

@ÖöTiib：不幸的是，这是非法的 C。

【参考方案9】：

我知道这个问题很老了，但是在 C++20 最终将这个特性从 C 带到 C++ 之前，有办法解决这个问题。你可以做些什么来解决这个问题，使用带有 static_asserts 的预处理器宏来检查你的初始化是否有效。 （我知道宏通常不好，但在这里我没有看到其他方法。）请参见下面的示例代码：

#define INVALID_STRUCT_ERROR "Instantiation of struct failed: Type, order or number of attributes is wrong."

#define CREATE_STRUCT_1(type, identifier, m_1, p_1) \
 p_1 ;\
static_assert(offsetof(type, m_1) == 0, INVALID_STRUCT_ERROR);\

#define CREATE_STRUCT_2(type, identifier, m_1, p_1, m_2, p_2) \
 p_1, p_2 ;\
static_assert(offsetof(type, m_1) == 0, INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(offsetof(type, m_2) >= sizeof(identifier.m_1), INVALID_STRUCT_ERROR);\

#define CREATE_STRUCT_3(type, identifier, m_1, p_1, m_2, p_2, m_3, p_3) \
 p_1, p_2, p_3 ;\
static_assert(offsetof(type, m_1) == 0, INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(offsetof(type, m_2) >= sizeof(identifier.m_1), INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(offsetof(type, m_3) >= (offsetof(type, m_2) + sizeof(identifier.m_2)), INVALID_STRUCT_ERROR);\

#define CREATE_STRUCT_4(type, identifier, m_1, p_1, m_2, p_2, m_3, p_3, m_4, p_4) \
 p_1, p_2, p_3, p_4 ;\
static_assert(offsetof(type, m_1) == 0, INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(offsetof(type, m_2) >= sizeof(identifier.m_1), INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(offsetof(type, m_3) >= (offsetof(type, m_2) + sizeof(identifier.m_2)), INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(offsetof(type, m_4) >= (offsetof(type, m_3) + sizeof(identifier.m_3)), INVALID_STRUCT_ERROR);\

// Create more macros for structs with more attributes...

那么当你有一个带有 const 属性的结构体时，你可以这样做：

struct MyStruct

    const int attr1;
    const float attr2;
    const double attr3;
;

const MyStruct test = CREATE_STRUCT_3(MyStruct, test, attr1, 1, attr2, 2.f, attr3, 3.);

这有点不方便，因为您需要针对每个可能数量的属性使用宏，并且您需要在宏调用中重复实例的类型和名称。您也不能在 return 语句中使用宏，因为断言在初始化之后。

但它确实解决了您的问题：当您更改结构时，调用将在编译时失败。

如果您使用 C++17，您甚至可以通过强制使用相同的类型来使这些宏更加严格，例如：

#define CREATE_STRUCT_3(type, identifier, m_1, p_1, m_2, p_2, m_3, p_3) \
 p_1, p_2, p_3 ;\
static_assert(offsetof(type, m_1) == 0, INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(offsetof(type, m_2) >= sizeof(identifier.m_1), INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(offsetof(type, m_3) >= (offsetof(type, m_2) + sizeof(identifier.m_2)), INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(typeid(p_1) == typeid(identifier.m_1), INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(typeid(p_2) == typeid(identifier.m_2), INVALID_STRUCT_ERROR);\
static_assert(typeid(p_3) == typeid(identifier.m_3), INVALID_STRUCT_ERROR);\

【讨论】：

是否有 C++20 提议允许命名初始化器？

@MaëlNison 是的：Designated initializers (since C++20)

【参考方案10】：

/* B */ 在 C++ 中的方式很好，而且 C++0x 将扩展语法，因此它对 C++ 容器也很有用。我不明白你为什么称它为坏风格？

如果你想用名字来表示参数，那么你可以使用boost parameter library，但它可能会让不熟悉的人感到困惑。

重新排序结构成员就像重新排序函数参数，如果你不仔细进行这种重构可能会导致问题。

【讨论】：

我称它为坏风格，因为我认为它是零可维护的。如果我在一年内添加另一个成员怎么办？或者如果我更改成员的排序/类型？初始化它的每一段代码都可能（很可能）中断。

@bitmask 但是只要你没有命名参数，你也必须更新构造函数调用，我认为没有多少人认为构造函数是不可维护的坏风格。我也觉得命名初始化不是C，而是C99，其中C++绝对不是超集。

如果您在一年内将另一个成员添加到结构的末尾，那么它将在现有代码中默认初始化。如果您重新排序它们，那么您必须编辑所有现有代码，无事可做。

@bitmask：第一个例子也是“不可维护的”。如果你重命名结构中的变量会发生什么？当然，您可以执行全部替换，但这可能会意外重命名不应重命名的变量。

@ChristianRau 从什么时候开始 C99 不是 C？ C 组和 C99 不是特定版本/ISO 规范吗？

【参考方案11】：

这个语法怎么样？

typedef struct

    int a;
    short b;

ABCD;

ABCD abc =  abc.a = 5, abc.b = 7 ;

刚刚在 Microsoft Visual C++ 2015 和 g++ 6.0.2 上进行了测试。工作正常。 如果你想避免重复变量名，你也可以制作一个特定的宏。

【讨论】：

clang++ 3.5.0-10 和-Weverything -std=c++1z 似乎证实了这一点。但它看起来不正确。你知道标准在哪里确认这是有效的 C++ 吗？

我不知道，但我很久以前就在不同的编译器中使用过它，并且没有发现任何问题。现在在 g++ 4.4.7 上测试 - 工作正常。

我认为这行不通。试试ABCD abc = abc.b = 7, abc.a = 5 ;。

@deselect，它起作用是因为字段是用值初始化的，由 operator= 返回。所以，实际上你初始化了两次类成员。

【参考方案12】：

对我来说，允许内联初始化的最懒惰的方法是使用这个宏。

#define METHOD_MEMBER(TYPE, NAME, CLASS) \
CLASS &set_ ## NAME(const TYPE &_val)  NAME = _val; return *this;  \
TYPE NAME;

struct foo 
    METHOD_MEMBER(string, attr1, foo)
    METHOD_MEMBER(int, attr2, foo)
    METHOD_MEMBER(double, attr3, foo)
;

// inline usage
foo test = foo().set_attr1("hi").set_attr2(22).set_attr3(3.14);

那个宏创建属性和自引用方法。

【参考方案13】：

对于 C++20 之前的 C++ 版本（引入了命名初始化，使您的选项 A 在 C++ 中有效），请考虑以下事项：

int main()

    struct TFoo  int val; ;
    struct TBar  float val; ;

    struct FooBar 
        TFoo foo;
        TBar bar;
    ;

    FooBar mystruct =  TFoo12, TBar3.4 ;

    std::cout << "foo = " << mystruct.foo.val << " bar = " << mystruct.bar.val << std::endl;

请注意，如果您尝试使用 FooBar mystruct = TFoo12, TFoo3.4 ; 初始化结构，您将收到编译错误。

缺点是你必须为你的主结构中的每个变量创建一个额外的结构，而且你必须使用 mystruct.foo.val 的内部值。但另一方面，它干净、简单、纯粹和标准。