面试题：C++初始化列表与构造函数体内赋值的性能差异

Question

详细阐述C++类构造函数初始化列表和在构造函数体内进行成员变量赋值，在性能方面有哪些不同？在何种情况下，使用初始化列表能显著提升性能？请通过代码示例进行分析。

Answer 1

性能差异

1. 初始化列表：
   • 直接初始化成员变量，对于类类型成员变量，会调用其对应类型的构造函数进行初始化。这种方式效率较高，特别是对于那些没有默认构造函数，或者在默认构造函数之后还需要进行额外赋值操作的成员变量。
   • 因为成员变量在进入构造函数体之前就已经被初始化完成，减少了构造函数体内可能的额外赋值开销。
2. 构造函数体内赋值：
   • 先调用成员变量的默认构造函数（如果存在），然后在构造函数体内再进行赋值操作。这意味着对于每个成员变量，可能会有一次默认构造和一次赋值操作，相比初始化列表会有更多的开销。

显著提升性能的情况

1. 成员变量为类类型且没有默认构造函数：
   • 如果类类型成员变量没有默认构造函数，必须使用初始化列表来初始化，否则无法通过编译。例如：

class NoDefaultConstructor {
public:
    NoDefaultConstructor(int value) : data(value) {}
private:
    int data;
};

class MyClass {
public:
    // 必须使用初始化列表初始化noDefault
    MyClass(int value) : noDefault(value) {}
private:
    NoDefaultConstructor noDefault;
};

• 如果尝试在构造函数体内赋值，如MyClass(int value) { noDefault = NoDefaultConstructor(value); }，编译器会报错，因为noDefault在进入构造函数体前需要先默认构造，而该类型没有默认构造函数。

2. 成员变量为const类型或引用类型：
   • const类型和引用类型的成员变量必须在定义时初始化，所以只能在初始化列表中进行初始化。例如：

class ConstAndRefClass {
public:
    ConstAndRefClass(int& refValue) : ref(refValue), constant(10) {}
private:
    int& ref;
    const int constant;
};

3. 频繁构造和析构的场景：
   • 当对象频繁构造和析构时，使用初始化列表减少不必要的默认构造和赋值操作能显著提升性能。例如，在一个循环中构造大量对象：

#include <iostream>
class Example {
public:
    Example(int value) : data(value) {}
private:
    int data;
};

int main() {
    for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
        Example ex(i);
    }
    return 0;
}

• 如果使用构造函数体内赋值，每次构造对象时会多一次默认构造和一次赋值操作，在大量构造的场景下，性能损耗会比较明显。

综上所述，在上述几种情况下，使用初始化列表能显著提升性能。在一般情况下，即使成员变量有默认构造函数，使用初始化列表也可能带来轻微的性能提升，并且代码逻辑更清晰，表明成员变量是如何初始化的。