initializer listの解説

C++の思想の一つに、組み込み型と、ユーザー定義型との、区別をなくすという理念がある。したがって、C++では、組み込み型だろうか、クラスだろうが、自動ストレージ、静的ストレージ、動的ストレージ上に、構築できるし、演算子をオーバーロードできる。C++の多くの機能が、組み込み型とクラスとの、区別をなくすよう、考案されてきた。

C++では、配列や構造体の初期化に、特殊な構文を使える。

int x[3] = { 1, 2, 3 } ;

struct Foo { int i ; double d ;  } ;

Foo foo = { 123, 3.14 } ;

これは、クラスでは、使えなかった。C++0xでは、これができるようになる。

とはいうものの、これは、特に解説を要するほどのものでもないのだ。

まず、この{}による初期化式を、リスト初期化という。ユーザー定義のコンストラクター、privateやprotectedな非静的なデータメンバー、基本クラス、仮想関数のないクラス、それと配列は、従来通りの初期化ができる。上と同じ例を示す。

int x[3] = { 1, 2, 3 } ;

struct Foo { int i ; double d ;  } ;

Foo foo = { 123, 3.14 } ;

それでは、「ユーザー定義のコンストラクター、privateやprotectedな非静的なデータメンバー、基本クラス、仮想関数」を有するクラスは、どうやって、リスト初期化すればいいのか。これは、クラス側で、リスト初期化に対応するコードを書く必要がある。

言語サポートライブラリの、std::initializer_list<T>というクラスを、引数に取る必要がある。これは、<initializer_list>をincludeすることによって、使うことができる。

#include <initializer_list>

class Foo
{
private :
    int sum ;

public :
    Foo( std::initializer_list<int> list )
        : sum(0)
    {
        for ( auto iter = list.begin() ; iter != list.end() ; ++iter )
        {
            sum += *iter ;
        }
    }

} ;

int main()
{

{// 初期化
    Foo foo0( { } ) ;
    Foo foo1( { 1 } ) ;
    Foo foo2( { 1, 2 } ) ;
    Foo foo3( { 1, 2, 3 } ) ;
}

{// これも同じ初期化
    Foo foo0 =  { } ;
    Foo foo1 = { 1 } ;
    Foo foo2 = { 1, 2 }  ;
    Foo foo3 = { 1, 2, 3 } ;
}

{//　実は、これでもいい
    Foo foo0{ } ;
    Foo foo1{ 1 } ;
    Foo foo2{ 1, 2 } ;
    Foo foo3{ 1, 2, 3 } ;
}

}

このように書くことができる。最後の例は、コンストラクタの呼び出しに、()の代わりに、{}を使っている例である。C++0xでは、()の代わりに、{}も使えるようになった。どちらも、同じ意味である。ただし、()を使った場合、以下のようなことはできない。

// これは、関数のプロトタイプ宣言。
// 引数を取らず、Foo型の戻り値を返す、wrongという名前の関数の宣言。
// Foo wrong(void) 
Foo wrong() ;

// これは、Foo型の、okeyという名前の変数の宣言。
Foo okey{} ;

()を使った場合は、文法上、関数の宣言と曖昧になってしまう。{}ならば、そのようなことはない。

もちろん、初期化と代入は違う。代入でもリスト初期化を使えるが、その場合は、別に代入演算子も定義しなくてはならない。

struct Foo
{
    Foo() {}
    Foo & operator = ( std::initializer_list<int> list ) {}
} ;

int main()
{
    Foo foo ;
    foo = { 1, 2, 3 } ;
}

これは、普通の関数でも使える。

void f( std::initializer_list<int> list ) {}

template < typename T >
void g( std::initializer_list<T> list ) {}

template < typename T >
void h( T x ) {}


int main()
{
    f({1,2,3}) ;

    // g<int>()が呼ばれる。
    g({1, 2, 3}) ;
    // g<double>()が呼ばれる。
    g({1.0, 2.0, 3.0}) ;

    // エラー。テンプレート引数を推定できない。
    h({1}) ;
}

また、添字でも使える。

class Array
{
private :
    int data[10][10][10] ;

public :
    int & operator [] ( std::initializer_list<int> list )
    {
        if ( list.size() != 3 )
            throw std::invalid_argument() ;

        auto iter = list.begin() ;
        int const x = *iter ; ++iter ;
        int const y = *iter ; ++iter ;
        int const z = *iter ;

        return data[x][y][z] ;
    }
} ;

int main()
{
    Foo foo ;
    foo[{ 1, 1, 1 }];
}

これだけのことである。{}を、初期化の際のコンストラクタへの引数の指定に使えるのだけは、少々違和感を感じるかもしれないが、{}の方が、文法上、曖昧にならないので、便利である。

リスト初期化は、同じ型しか渡せないという制限がある。もし、任意の数の、違う型の引数を渡したいのならば、Variadic templateを、代わりに使うことができる。