为什么在此示例中成员未进行零初始化？

Question

这是专门针对 C++11 的：

#include <iostream>
struct A {
    A(){}
    int i;
};
struct B : public A {
    int j;
};
int main() {
    B b = {};
    std::cout << b.i << b.j << std::endl;
}

使用 g++ 8.2.1 编译：

$ g++ -std=c++11 -pedantic-errors -Wuninitialized -O2 a.cpp
a.cpp: In function ‘int main()’:
a.cpp:25:25: warning: ‘b.B::<anonymous>.A::i’ is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
     std::cout << b.i << " " << b.j << std::endl

gcc 将 b.i 检测为未初始化，但我认为它应该与 b.j 一起进行零初始化。

我相信正在发生的事情（特别是 C++11，来自 ISO/IEC 工作草案 N3337，强调我的）：

• B 不是聚合，因为它有一个基类。公共基类只允许在 C++17 的聚合中使用。
• A 不是聚合，因为它有一个用户提供的构造函数

第 8.5.1 节

聚合是一个数组或类（第 9 条），没有用户提供的构造函数 (12.1)，非静态数据成员没有大括号或等号初始化器 (9.2)，没有私有或受保护的非静态数据成员（第 11 条）， 没有基类（第 10 条），也没有虚函数 (10.3)。

• b 正在使用空的括号初始化列表初始化列表

第 8.5.4 节

类型 T 的对象或引用的列表初始化定义如下：
— 如果初始化列表没有元素并且 T 是具有默认构造函数的类类型，则该对象是值初始化的。
— 否则，如果 T 是一个聚合，则执行聚合初始化 (8.5.1)。

• 这意味着 b 得到值初始化
• B 有一个隐式定义的默认构造函数，所以 b 值初始化调用零初始化
• b.B::A 被零初始化，它对b.B::A.i 进行零初始化，然后b.B::j 被零初始化。

第 8.5 节

对 T 类型的对象或引用进行零初始化意味着：
...
— 如果 T 是（可能是 cv 限定的）非联合类类型，每个非静态数据成员和每个基类子对象都初始化为零，并且填充初始化为零位； p>

...

对 T 类型的对象进行值初始化意味着：
— 如果 T 是具有用户提供的构造函数（12.1）的（可能是 cv 限定的）类类型（第 9 条），则 调用 T 的默认构造函数（如果 T 没有可访问的默认值，则初始化格式错误 构造函数);
— 如果 T 是（可能是 cv 限定的）非联合类类型，没有用户提供的构造函数，则对象 是零初始化的，并且如果 T 的隐式声明的默认构造函数是非平凡的，则该构造函数是 调用。

但是，gcc 似乎只说 b.B::j 将被零初始化。为什么是这样？

我能想到的一个原因是，如果 B 被视为一个聚合，它将用一个空列表初始化 b.B::A。 不过，B 肯定不是聚合，因为如果我们尝试使用聚合初始化，gcc 会正确出错。

// ... as in the above example
int main() {
    B b = {A{}, 1};
    std::cout << b.i << " " << b.j << std::endl;
}

用 C++11 编译

$ g++ -std=c++11 -pedantic-errors -Wuninitialized -O2 a.cpp
a.cpp: In function ‘int main()’:
a.cpp:10:18: error: could not convert ‘{A(), 1}’ from ‘<brace-enclosed initializer list>’ to ‘B’
     B b = {A{}, 1};

用 C++17 编译

g++ -std=c++17 -pedantic-errors -Wuninitialized -O2 a.cpp
a.cpp: In function ‘int main()’:
a.cpp:11:25: warning: ‘b.B::<anonymous>.A::i’ is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
     std::cout << b.i << " " << b.j << std::endl;

我们可以看到b.i 未初始化，因为B 是一个聚合，而b.B::A 正在由一个本身使A::i 未初始化的表达式初始化。

所以它不是一个聚合。另一个原因是如果b.B::j 被零初始化，b.B::A 被值初始化，但我在规范中看不到任何地方。

最后一个原因是是否调用了旧版本的标准。 来自cppreference：

2) 如果 T 是没有任何用户提供的构造函数的非联合类类型，则 T 的每个非静态数据成员和基类组件都是值初始化的； （直到 C++11）

在这种情况下，b.B::i 和 b.B::A 都将进行值初始化，这将导致此行为，但标记为 "(直到 C++11)"。

Answer 1

对于任何类，如果有单个用户定义的构造函数，则必须使用它，并且A(){} 不会初始化i。

Answer 2

我也会处理编译器错误。

• 我想我们都同意b 被初始化值（8.5.4）

• 使用

  值初始化 T 类型的对象意味着：
  — 如果 T 是（可能是 cv 限定的）非联合类类型没有用户提供的构造函数，那么对象是零初始化 并且，如果 T 隐含-声明的默认构造函数是不平凡的，该构造函数被调用。

  所以应该发生的是首先零初始化，然后可能会调用默认ctors

• 并具有以下定义：

  对 T 类型的对象或引用进行零初始化意味着：
  — 如果 T 是（可能是 cv 限定的）非联合类类型，则每个非静态数据成员和每个基类子对象都初始化为零，并且填充初始化为零位；

因此应该发生以下情况：

1. 用零填充sizeof(B)
2. 调用子对象A的构造函数，它什么都不做。

我认为这是优化中的一个错误。比较-O0 和-O1 的输出：https://godbolt.org/z/20QBoR。如果没有优化，行为是正确的。另一方面，Clang 在两者中都是正确的：https://godbolt.org/z/7uhlIi

这个“错误”仍然存在于 GCC 中较新的标准标志中：https://godbolt.org/z/ivkE5K

但是我假设在 C++20 中 B 是一个“聚合”，因此行为成为标准。

Answer 3

没有初始化i。它不会自动发生。您需要在类中或在类构造函数的初始化列表中对其进行初始化。或者删除您的非平凡/用户定义的构造函数（或= default 它，这使它变得微不足道）。

编译器正在使用您提供的构造函数，并且 ctor 确实不初始化 i。