C++类成员默认初始值

有时候我们会不给C++类成员变量赋初始值，或是因为忘记在构造函数中指定（C++11可以写在类内），或是觉得没有必要写。然而，因为觉得编译器会把变量赋成0而不写是错误的。本文通过C++标准来解释这个问题。

本文基于N3337（C++11草案）标准。

关于没有初始化器的对象，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.

没有初始化器的对象会被默认初始化；没有初始化的自动（局部变量）或动态存储期限（new出来的）对象的值是未定的。

这里涉及到了两种“无初始化”的概念，没有初始化器与没有初始化，注意区分。8.5-6对默认初始化（default-initialize）的定义是：

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.

默认初始化T类型的对象是指：

• 如果T是（可能有const和volatile的）类类型，T的默认构造函数会被调用（如果没有可用的，初始化就是非法的）（默认构造函数可能会对成员执行默认初始化）；

• 如果T是数组类型，每个元素被默认初始化（同样是递归的默认初始化）；

• 否则，不初始化。

从这些标准中的条款，可以得出结论：自动或动态存储期限的非类类型对象，无论是否是数组或是否有const修饰，如果不指定初始值，它的值就是未定的。

而整数类型、指针类型等都属于非类类型，如果我们希望这些类型的成员变量有确定的初始值，即使是看起来默认的0，也要自己写上初始化。

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我在这个问题上栽过大跟头，这就是我要写这篇文章的原因。

那是一个单片机的C++程序，涉及到一个二重指针数组，类型是一个定义了虚函数的基类，通过指针调用虚函数。数据结构并不复杂，逻辑肯定不会出错，但是程序跑飞了。

一开始觉得是初始化的问题，就把所有全局变量换成单例模式创建，无果。然后加了许多调试语句，把问题定位到了解引用上。想了想指针解引用肯定不会出问题，就觉得问题在虚函数调用过程中的函数指针解引用上。把指针调用（动态绑定）换成对象调用（静态绑定），果然程序就正常了。但函数指针解引用本质上是修改PC（程序计数器）寄存器，这种编译器搞定的事情我也插不了手。换了新版本的编译器，也没有解决。

后面的探索就奇怪了起来。我发现给PCB加一个100uF的电容可以让程序在烧写后正常运行，但在重新上电后，一旦程序去调用那虚函数，单片机就会复位；如果把业务逻辑改简单一点，有助于重新上电后正常工作，但没有本质上解决问题。用了一些猥琐操作后，我发现不是单片机复位而是程序回到起始处。这可能是未注册而触发的中断导致的，但就算给所有中断都指定了空函数，也还是没有解决。

百思不得其解，调试了一整天都没有成功。

几个月后再来看这个中断的项目，重新读了一遍代码，发现了这个初始值的问题，终于解决了。后面就很顺了。

现在看来这个debug的过程一开始方向挺对的，后面的探索就慢慢差到十万八千里外去了。

烧写正常运行、上电不正常的奇怪现象也可以解释了。单片机内置复位电路会在上电时给寄存器赋初值，但内存中的数据还是随机的。程序烧写前后内存中的数据被保留，之前的程序不知怎么把那一块内存初始化好了，烧写后就可以正常工作；而上电后那一块内存里都是随机值，对随机数进行4次解引用（二重指针2次，虚函数调用2次），程序早就不知道跑哪里去了。可能是寻到合法地址空间以外去了，由于某些保护机制的存在，程序就回到了起始处。