C++類成員默認初始值

有時候我們會不給C++類成員變量賦初始值，或是因為忘記在構造函數中指定（C++11可以寫在類內），或是覺得沒有必要寫。然而，因為覺得編譯器會把變量賦成0而不寫是錯誤的。本文通過C++標准來解釋這個問題。

本文基於N3337（C++11草案）標准。

關於沒有初始化器的對象，在8.5-11中有提及：

If no initializer is specified for an object, the object is default-initialized; if no initialization is performed, an object with automatic or dynamic storage duration has indeterminate value.

沒有初始化器的對象會被默認初始化；沒有初始化的自動（局部變量）或動態存儲期限（new出來的）對象的值是未定的。

這里涉及到了兩種“無初始化”的概念，沒有初始化器與沒有初始化，注意區分。8.5-6對默認初始化（default-initialize）的定義是：

To default-initialize an object of type T means:

• if T is a (possibly cv-qualified) class type (Clause 9), the default constructor for T is called (and the initialization is ill-formed if T has no accessible default constructor);

• if T is an array type, each element is default-initialized;

• otherwise, no initialization is performed.

默認初始化T類型的對象是指：

• 如果T是（可能有const和volatile的）類類型，T的默認構造函數會被調用（如果沒有可用的，初始化就是非法的）（默認構造函數可能會對成員執行默認初始化）；

• 如果T是數組類型，每個元素被默認初始化（同樣是遞歸的默認初始化）；

• 否則，不初始化。

從這些標准中的條款，可以得出結論：自動或動態存儲期限的非類類型對象，無論是否是數組或是否有const修飾，如果不指定初始值，它的值就是未定的。

而整數類型、指針類型等都屬於非類類型，如果我們希望這些類型的成員變量有確定的初始值，即使是看起來默認的0，也要自己寫上初始化。

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我在這個問題上栽過大跟頭，這就是我要寫這篇文章的原因。

那是一個單片機的C++程序，涉及到一個二重指針數組，類型是一個定義了虛函數的基類，通過指針調用虛函數。數據結構並不復雜，邏輯肯定不會出錯，但是程序跑飛了。

一開始覺得是初始化的問題，就把所有全局變量換成單例模式創建，無果。然后加了許多調試語句，把問題定位到了解引用上。想了想指針解引用肯定不會出問題，就覺得問題在虛函數調用過程中的函數指針解引用上。把指針調用（動態綁定）換成對象調用（靜態綁定），果然程序就正常了。但函數指針解引用本質上是修改PC（程序計數器）寄存器，這種編譯器搞定的事情我也插不了手。換了新版本的編譯器，也沒有解決。

后面的探索就奇怪了起來。我發現給PCB加一個100uF的電容可以讓程序在燒寫后正常運行，但在重新上電后，一旦程序去調用那虛函數，單片機就會復位；如果把業務邏輯改簡單一點，有助於重新上電后正常工作，但沒有本質上解決問題。用了一些猥瑣操作后，我發現不是單片機復位而是程序回到起始處。這可能是未注冊而觸發的中斷導致的，但就算給所有中斷都指定了空函數，也還是沒有解決。

百思不得其解，調試了一整天都沒有成功。

幾個月后再來看這個中斷的項目，重新讀了一遍代碼，發現了這個初始值的問題，終於解決了。后面就很順了。

現在看來這個debug的過程一開始方向挺對的，后面的探索就慢慢差到十萬八千里外去了。

燒寫正常運行、上電不正常的奇怪現象也可以解釋了。單片機內置復位電路會在上電時給寄存器賦初值，但內存中的數據還是隨機的。程序燒寫前后內存中的數據被保留，之前的程序不知怎么把那一塊內存初始化好了，燒寫后就可以正常工作；而上電后那一塊內存里都是隨機值，對隨機數進行4次解引用（二重指針2次，虛函數調用2次），程序早就不知道跑哪里去了。可能是尋到合法地址空間以外去了，由於某些保護機制的存在，程序就回到了起始處。