C++ デフォルトコンストラクタ徹底解説：基本から応用まで

C++におけるデフォルトコンストラクタは、クラスが持つ特別なメンバ関数の一つであり、引数を取らない（または全ての引数にデフォルト値が設定されている）コンストラクタのことを指します。このコンストラクタは、オブジェクトが明示的な初期化情報なしに生成される際に自動的に呼び出されます。

デフォルトコンストラクタは、オブジェクトの初期化において非常に重要な役割を果たします。特に、メモリの割り当てやメンバ変数の初期値設定など、オブジェクトが有効な状態になるために必要な処理を行います。

この記事では、C++のデフォルトコンストラクタについて、基本的な定義から応用的な使い方までを詳しく解説します。デフォルトコンストラクタがどのように動作し、どのような場合に必要となるのかを理解することで、より安全で効率的なC++プログラミングが可能になります。

具体的には、以下の内容について掘り下げていきます。

• デフォルトコンストラクタの定義と役割: デフォルトコンストラクタの基本的な概念を理解します。
• 暗黙的に生成されるデフォルトコンストラクタ: コンパイラが自動的に生成するデフォルトコンストラクタについて解説します。
• デフォルトコンストラクタを明示的に定義する理由: なぜ自分でデフォルトコンストラクタを定義する必要があるのかを説明します。
• 初期化: デフォルトコンストラクタにおけるメンバ変数の初期化方法について学びます。
• デフォルトコンストラクタがない場合の注意点: デフォルトコンストラクタが存在しない場合に発生する問題とその解決策を考察します。

これらの内容を通じて、C++のデフォルトコンストラクタを深く理解し、より高度なプログラミングスキルを身につけましょう。

デフォルトコンストラクタとは、C++のクラス（または構造体）において、引数を一切取らない、もしくは全ての引数にデフォルト値が指定されているコンストラクタのことです。

定義の例:

class MyClass {
public:
  // 引数なしのデフォルトコンストラクタ
  MyClass() {
    // 初期化処理
  }

  // 全ての引数にデフォルト値があるデフォルトコンストラクタ
  MyClass(int value = 0) {
    // 初期化処理
  }
};

上記のように、引数が空のMyClass()や、int value = 0のようにデフォルト値が設定された引数を持つMyClass(int value = 0)がデフォルトコンストラクタとなります。

デフォルトコンストラクタの役割:

デフォルトコンストラクタは、主に以下の役割を果たします。

1. オブジェクトの初期化: デフォルトコンストラクタは、オブジェクトが生成される際に、そのオブジェクトの状態を初期化するために使用されます。クラスのメンバ変数の初期値を設定したり、必要なリソースを割り当てたりといった処理を行います。

2. オブジェクトのデフォルト構築: new MyClass()のように、オブジェクトを明示的な初期化情報なしに動的に生成する場合や、配列の要素としてオブジェクトが生成される場合に、デフォルトコンストラクタが呼び出されます。

3. コンパイラによる暗黙的な呼び出し: 特定の状況下では、コンパイラが暗黙的にデフォルトコンストラクタを呼び出すことがあります。例えば、基底クラスのデフォルトコンストラクタが呼び出されたり、メンバ変数がクラス型のオブジェクトである場合に、そのメンバ変数のデフォルトコンストラクタが呼び出されたりします。

4. テンプレートの利用: テンプレートを使用する場合、型パラメータがデフォルト構築可能であることを前提とする場合があります。そのため、デフォルトコンストラクタの存在がテンプレートの利用を可能にする重要な要素となります。

デフォルトコンストラクタが適切に定義されていることは、オブジェクトが常に有効な状態に保たれることを保証し、予期せぬエラーを防ぐ上で非常に重要です。次のセクションでは、コンパイラがどのようにデフォルトコンストラクタを生成するかについて詳しく見ていきます。

C++では、ある条件を満たす場合に、コンパイラが自動的にデフォルトコンストラクタを生成します。これを「暗黙的に生成されるデフォルトコンストラクタ」と呼びます。

暗黙的な生成の条件:

コンパイラがデフォルトコンストラクタを暗黙的に生成するのは、クラスが以下の条件を全て満たす場合です。

1. 明示的にコンストラクタが定義されていない: クラス内にコンストラクタが一つも定義されていない場合。
2. デストラクタがユーザー定義されていない場合: デストラクタが明示的に定義されていない場合。（C++11以降は微妙に条件が異なり、デストラクタがdeleteされていないことが条件になります。）
3. コピーコンストラクタがユーザー定義されていない場合: コピーコンストラクタが明示的に定義されていない場合。
4. ムーブコンストラクタがユーザー定義されていない場合: ムーブコンストラクタが明示的に定義されていない場合。
5. コピー代入演算子がユーザー定義されていない場合: コピー代入演算子が明示的に定義されていない場合。
6. ムーブ代入演算子がユーザー定義されていない場合: ムーブ代入演算子が明示的に定義されていない場合。

これらの条件を満たしている場合、コンパイラは、そのクラスのオブジェクトをデフォルト構築できるように、暗黙的にデフォルトコンストラクタを生成します。

暗黙的に生成されたデフォルトコンストラクタの動作:

暗黙的に生成されたデフォルトコンストラクタは、そのクラスのメンバ変数を初期化します。具体的な初期化方法は、メンバ変数の型によって異なります。

• クラス型のメンバ変数: そのクラス型のメンバ変数のデフォルトコンストラクタが呼び出されます。（連鎖的に、そのクラス型のメンバ変数のメンバ変数のデフォルトコンストラクタも呼び出されます。）もしクラス型のメンバ変数がデフォルトコンストラクタを持たない場合、コンパイルエラーが発生します。
• プリミティブ型（int, floatなど）のメンバ変数: 初期化されません。つまり、不定の値（ガベージ値）を持ちます。
• ポインタ型のメンバ変数: 初期化されません。つまり、不定のアドレス値を持ちます。

注意点:

暗黙的に生成されるデフォルトコンストラクタは、プリミティブ型やポインタ型のメンバ変数を初期化しないため、意図しない動作を引き起こす可能性があります。そのため、そのようなメンバ変数を持つクラスでは、明示的にデフォルトコンストラクタを定義し、適切な初期化を行うことを推奨します。

また、暗黙的に生成されたデフォルトコンストラクタはpublicとして定義されます。privateにしたい場合は、明示的に宣言する必要があります。

次のセクションでは、明示的にデフォルトコンストラクタを定義する理由について詳しく見ていきます。

コンパイラが暗黙的にデフォルトコンストラクタを生成してくれる場合でも、開発者が明示的にデフォルトコンストラクタを定義する理由はいくつか存在します。ここでは、その主な理由を詳しく解説します。

1. メンバ変数の適切な初期化:

暗黙的に生成されるデフォルトコンストラクタは、クラス型のメンバ変数は適切に初期化しますが、プリミティブ型（int, floatなど）やポインタ型のメンバ変数は初期化しません。これらのメンバ変数は不定の値（ガベージ値）を持ったままとなるため、意図しない動作やバグの原因となる可能性があります。

明示的にデフォルトコンストラクタを定義することで、これらのメンバ変数を適切な初期値で初期化し、オブジェクトが常に有効な状態になるように保証できます。

class MyClass {
private:
  int m_value;
  int* m_ptr;

public:
  // 明示的なデフォルトコンストラクタ
  MyClass() : m_value(0), m_ptr(nullptr) {} // C++11以降推奨

  // C++03以前の場合
  /*
  MyClass() {
    m_value = 0;
    m_ptr = NULL;
  }
  */
};

この例では、m_valueを0に、m_ptrをnullptr（C++11以降）またはNULL（C++03以前）に初期化することで、初期状態における不正な値へのアクセスを防いでいます。

2. クラスの設計意図の明確化:

明示的にデフォルトコンストラクタを定義することで、クラスの設計意図を明確に示すことができます。デフォルトコンストラクタは、オブジェクトの初期状態をどのようにすべきかを示すものであり、他の開発者にとってクラスの理解を助ける重要な情報となります。

3. デフォルトコンストラクタのアクセス制御:

暗黙的に生成されるデフォルトコンストラクタは常にpublicとなります。しかし、デフォルトコンストラクタをprivateまたはprotectedにしたい場合があります。例えば、シングルトンパターンを実装する場合や、オブジェクトのデフォルト構築を禁止したい場合などです。

明示的にデフォルトコンストラクタを定義することで、アクセス制御を自由に行うことができます。

class MySingleton {
private:
  // デフォルトコンストラクタをprivateにすることで、外部からのインスタンス生成を禁止
  MySingleton() {}

  static MySingleton* m_instance;

public:
  static MySingleton* getInstance() {
    if (m_instance == nullptr) {
      m_instance = new MySingleton();
    }
    return m_instance;
  }
};

4. deleteキーワードによるデフォルトコンストラクタの削除:

C++11以降では、deleteキーワードを使用して、デフォルトコンストラクタの生成を明示的に禁止することができます。これは、オブジェクトのデフォルト構築を意図的に禁止したい場合に非常に有効です。

class NonCopyable {
public:
  NonCopyable() = default; // デフォルトコンストラクタを明示的に定義（デフォルトの動作でOKの場合）
  NonCopyable(const NonCopyable&) = delete; // コピーコンストラクタを削除
  NonCopyable& operator=(const NonCopyable&) = delete; // コピー代入演算子を削除
};

この例では、コピーコンストラクタとコピー代入演算子をdeleteすることで、オブジェクトのコピーを禁止しています。

5. defaultキーワードによるデフォルト動作の明示:

C++11以降では、defaultキーワードを使用して、デフォルトコンストラクタの動作を明示的にコンパイラに委ねることができます。これは、暗黙的に生成されるデフォルトコンストラクタと同じ動作を明示的に指定する場合に便利です。

class MyClass {
public:
  MyClass() = default; // デフォルトコンストラクタを明示的に定義（デフォルトの動作でOKの場合）
};

これらの理由から、状況に応じて明示的にデフォルトコンストラクタを定義することは、C++プログラミングにおいて非常に重要です。次のセクションでは、デフォルトコンストラクタと初期化について詳しく見ていきます。

デフォルトコンストラクタは、オブジェクトが生成される際に、そのオブジェクトの状態を初期化する重要な役割を担います。初期化の方法はいくつかありますが、ここではC++における代表的な初期化方法と、それぞれの特徴について解説します。

1. メンバ初期化子リスト (Member Initializer List):

メンバ初期化子リストは、コンストラクタの定義において、コロン : の後にメンバ変数を初期化するリストを記述する方法です。この方法は、特にクラス型のメンバ変数やconstメンバ変数、参照型のメンバ変数を初期化する場合に推奨されます。

class MyClass {
private:
  int m_value;
  const int m_constantValue;
  std::string m_name;

public:
  MyClass() : m_value(0), m_constantValue(10), m_name("default") {}
};

この例では、m_valueを0、m_constantValueを10、m_nameを"default"で初期化しています。

メンバ初期化子リストの利点:

• 効率的な初期化: クラス型のメンバ変数を初期化する場合、メンバ初期化子リストを使用すると、コンストラクタ本体で代入を行う代わりに直接初期化されるため、効率的です。
• constメンバ変数、参照型のメンバ変数の初期化: constメンバ変数や参照型のメンバ変数は、定義時に初期化する必要があるため、メンバ初期化子リストは必須となります。
• 初期化順序の保証: メンバ初期化子リストに記述された順序で初期化が行われるため、初期化順序に依存する処理を安全に行うことができます（ただし、クラス定義での宣言順で行われるのが原則なので、初期化リストもその順番に合わせるべきです）。

2. コンストラクタ本体での代入:

コンストラクタの本体で、メンバ変数に値を代入する方法です。プリミティブ型などの単純な型であれば問題ありませんが、クラス型のメンバ変数の場合は、デフォルトコンストラクタが呼び出された後に代入が行われるため、効率が悪くなる可能性があります。

class MyClass {
private:
  int m_value;
  std::string m_name;

public:
  MyClass() {
    m_value = 0;
    m_name = "default";
  }
};

この例では、m_valueに0、m_nameに"default"を代入しています。

コンストラクタ本体での代入の注意点:

• 効率の低下: クラス型のメンバ変数の場合、デフォルトコンストラクタが呼び出された後に代入が行われるため、初期化が二度行われることになり、効率が低下する可能性があります。
• constメンバ変数、参照型のメンバ変数の初期化不可: constメンバ変数や参照型のメンバ変数は、定義時に初期化する必要があるため、コンストラクタ本体での代入はできません。

3. デフォルトメンバ初期化 (Default Member Initializer, C++11以降):

C++11以降では、クラスの定義時にメンバ変数を直接初期化することができます。これは、デフォルトコンストラクタが呼び出された場合に、メンバ変数が初期化されないという問題を解決する手段として有効です。

class MyClass {
private:
  int m_value = 0;
  std::string m_name = "default";

public:
  MyClass() {} // デフォルトコンストラクタ
};

この例では、m_valueを0、m_nameを"default"で初期化しています。もしコンストラクタで明示的に初期化された場合、デフォルトメンバ初期化はオーバーライドされます。

デフォルトメンバ初期化の利点:

• コードの簡潔化: クラス定義と同時に初期化を行うことができるため、コードが簡潔になります。
• 初期化忘れの防止: デフォルトコンストラクタが呼び出された場合でも、メンバ変数が初期化されるため、初期化忘れを防ぐことができます。

初期化戦略の選択:

どの初期化方法を選択するかは、クラスの設計やメンバ変数の型によって異なります。一般的には、以下の指針に従うことが推奨されます。

• クラス型のメンバ変数、constメンバ変数、参照型のメンバ変数は、メンバ初期化子リストを使用して初期化する。
• プリミティブ型のメンバ変数は、メンバ初期化子リストまたはデフォルトメンバ初期化を使用して初期化する。
• C++11以降では、デフォルトメンバ初期化を使用して、初期化忘れを防ぐことを検討する。

デフォルトコンストラクタにおける適切な初期化は、オブジェクトの安全性を高め、予期せぬエラーを防ぐ上で非常に重要です。次のセクションでは、デフォルトコンストラクタがない場合の注意点について詳しく見ていきます。

クラスがデフォルトコンストラクタを持たない場合、いくつかの制約や注意点が生じます。これは、特定の状況下でオブジェクトの生成や利用が制限されることを意味します。ここでは、デフォルトコンストラクタがない場合に注意すべき点について詳しく解説します。

1. デフォルト構築ができない:

最も基本的な注意点として、デフォルトコンストラクタがないクラスは、引数なしでオブジェクトを生成することができません。これは、MyClass obj;のようなコードや、new MyClass();のような動的生成ができないことを意味します。

class MyClass {
public:
  // 引数付きのコンストラクタのみ定義
  MyClass(int value) {}
};

int main() {
  // MyClass obj; // コンパイルエラー: デフォルトコンストラクタが存在しない
  MyClass obj(10); // OK: 引数付きのコンストラクタを使用
  // MyClass* ptr = new MyClass(); // コンパイルエラー: デフォルトコンストラクタが存在しない
  MyClass* ptr = new MyClass(10); // OK: 引数付きのコンストラクタを使用
  return 0;
}

2. 配列の生成が制限される:

デフォルトコンストラクタがないクラス型のオブジェクトを要素とする配列を静的に生成する場合、コンパイルエラーが発生します。これは、配列の要素がデフォルトコンストラクタによって初期化されることを前提としているためです。

class MyClass {
public:
  MyClass(int value) {}
};

int main() {
  // MyClass arr[5]; // コンパイルエラー: デフォルトコンストラクタが存在しない
  // MyClass arr[5] = { MyClass(1), MyClass(2), MyClass(3), MyClass(4), MyClass(5) }; // C++03以前: OK（要素ごとに明示的にコンストラクタを呼び出す必要あり）
  MyClass arr[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // C++11以降: OK (暗黙的な変換コンストラクタが呼ばれる)
  return 0;
}

C++11以降では、初期化子リストを用いて、要素ごとに明示的にコンストラクタを呼び出すことで、配列を生成することができます。また、暗黙的な変換コンストラクタが定義されている場合、初期化子リストで値を指定することで、コンパイラが自動的に変換コンストラクタを呼び出し、配列を初期化することができます。

3. 標準コンテナの利用が制限される:

std::vectorなどの標準コンテナは、要素の追加やリサイズ時にデフォルトコンストラクタを呼び出すことがあります。そのため、デフォルトコンストラクタがないクラス型のオブジェクトを要素とするコンテナを使用する場合、注意が必要です。

#include <vector>

class MyClass {
public:
  MyClass(int value) {}
};

int main() {
  std::vector<MyClass> vec;
  // vec.resize(5); // コンパイルエラー: デフォルトコンストラクタが存在しない

  std::vector<MyClass> vec2 = { MyClass(1), MyClass(2), MyClass(3) }; // OK
  vec2.reserve(5); // OK: メモリを確保するだけで、オブジェクトは構築しない
  vec2.emplace_back(4); // OK: コンストラクタの引数を与えて構築

  return 0;
}

std::vectorのresize()メソッドは、要素数を変更する際にデフォルトコンストラクタを呼び出すため、コンパイルエラーが発生します。一方、reserve()メソッドは、メモリ領域を確保するだけでオブジェクトを構築しないため、問題ありません。また、emplace_back()メソッドは、コンストラクタの引数を指定してオブジェクトを構築するため、デフォルトコンストラクタがなくても利用できます。

4. テンプレートの利用が制限される:

テンプレートを使用する場合、型パラメータがデフォルト構築可能であることを前提とする場合があります。そのため、デフォルトコンストラクタがないクラスをテンプレートの型パラメータとして使用すると、コンパイルエラーが発生する可能性があります。

5. 継承における注意点:

派生クラスのコンストラクタから基底クラスのコンストラクタを明示的に呼び出さない場合、基底クラスのデフォルトコンストラクタが暗黙的に呼び出されます。もし基底クラスがデフォルトコンストラクタを持たない場合、コンパイルエラーが発生します。

これらの注意点を考慮し、クラスを設計する際には、デフォルトコンストラクタが必要かどうかを慎重に検討する必要があります。デフォルトコンストラクタがないことは、特定の状況下でオブジェクトの利用を制限することになるため、設計の柔軟性を損なう可能性があります。

次のセクションでは、deleteキーワードによるデフォルトコンストラクタの抑制について詳しく見ていきます。

C++11以降では、deleteキーワードを使用して、デフォルトコンストラクタの生成を明示的に禁止することができます。これは、オブジェクトのデフォルト構築を意図的に禁止したい場合に非常に有効な手段です。

deleteキーワードの基本的な使い方:

デフォルトコンストラクタをdeleteするには、クラスの定義において、デフォルトコンストラクタの宣言の後に= delete;を記述します。

class MyClass {
public:
  MyClass() = delete; // デフォルトコンストラクタを削除

  MyClass(int value) {} // 引数付きのコンストラクタ
};

int main() {
  // MyClass obj; // コンパイルエラー: 削除された関数を参照しようとしました
  MyClass obj(10); // OK: 引数付きのコンストラクタを使用
  return 0;
}

この例では、MyClass()をdeleteすることで、デフォルトコンストラクタが無効化され、引数なしでMyClassのオブジェクトを生成しようとするとコンパイルエラーが発生します。

deleteキーワードを使用する理由:

• デフォルト構築の禁止: デフォルト構築が意味を持たない、または不正な状態を引き起こす可能性がある場合に、デフォルト構築を禁止することができます。例えば、特定の方法でしか初期化できないオブジェクトの場合や、リソースを明示的に割り当てる必要があるオブジェクトの場合などです。
• 暗黙的なコンストラクタの抑制: コンパイラが暗黙的にデフォルトコンストラクタを生成するのを防ぎ、意図しないオブジェクトの生成を防ぐことができます。
• コードの可読性の向上: デフォルトコンストラクタが存在しないことを明示的に示すことで、コードの意図を明確にし、他の開発者の理解を助けます。

deleteキーワードの適用範囲:

deleteキーワードは、デフォルトコンストラクタだけでなく、コピーコンストラクタ、ムーブコンストラクタ、コピー代入演算子、ムーブ代入演算子など、あらゆる特殊メンバ関数に適用することができます。

class NonCopyable {
public:
  NonCopyable() = default; // デフォルトコンストラクタを明示的に定義（デフォルトの動作でOKの場合）
  NonCopyable(const NonCopyable&) = delete; // コピーコンストラクタを削除
  NonCopyable& operator=(const NonCopyable&) = delete; // コピー代入演算子を削除
};

この例では、コピーコンストラクタとコピー代入演算子をdeleteすることで、NonCopyableオブジェクトのコピーを禁止しています。これは、リソースを排他的に管理するオブジェクトなど、コピーが意味を持たない場合に有効です。

defaultキーワードとの組み合わせ:

デフォルトコンストラクタを明示的に定義し、コンパイラにデフォルトの動作を委ねる場合は、defaultキーワードを使用します。これは、コードの可読性を高め、コンパイラに最適化の余地を与える効果があります。

class MyClass {
public:
  MyClass() = default; // デフォルトコンストラクタを明示的に定義（デフォルトの動作でOKの場合）
};

deleteキーワードとdefaultキーワードを適切に使用することで、クラスの設計意図を明確にし、より安全で効率的なC++コードを作成することができます。

次のセクションでは、defaultキーワードによるデフォルトコンストラクタの明示について詳しく見ていきます。

C++11以降では、defaultキーワードを使用して、デフォルトコンストラクタを明示的に定義し、その動作をコンパイラに委ねることができます。これは、暗黙的に生成されるデフォルトコンストラクタと同じ動作を明示的に指定する場合に便利な機能です。

defaultキーワードの基本的な使い方:

デフォルトコンストラクタをdefaultするには、クラスの定義において、デフォルトコンストラクタの宣言の後に= default;を記述します。

class MyClass {
public:
  MyClass() = default; // デフォルトコンストラクタを明示的に定義

  int m_value;
};

int main() {
  MyClass obj; // OK: デフォルトコンストラクタが使用可能
  obj.m_value = 10;
  return 0;
}

この例では、MyClass()をdefaultとすることで、コンパイラがデフォルトコンストラクタを生成し、MyClassのオブジェクトを引数なしで生成できるようになります。

defaultキーワードを使用する理由:

• コードの可読性の向上: デフォルトコンストラクタが存在することを明示的に示すことで、コードの意図を明確にし、他の開発者の理解を助けます。
• 暗黙的な生成の抑制: コンパイラが暗黙的にデフォルトコンストラクタを生成するのを抑制し、明示的な定義を強制することができます。これは、コンストラクタの動作をより明確に制御したい場合に役立ちます。
• 特殊メンバ関数の定義: デフォルトコンストラクタだけでなく、コピーコンストラクタ、ムーブコンストラクタ、コピー代入演算子、ムーブ代入演算子など、あらゆる特殊メンバ関数にdefaultキーワードを適用することができます。

defaultキーワードとインライン展開:

defaultキーワードを使用して定義されたデフォルトコンストラクタは、コンパイラによってインライン展開される可能性があります。これにより、オブジェクトの生成コストを削減し、パフォーマンスを向上させることができます。

defaultキーワードの適用条件:

• defaultキーワードは、クラスの定義内でのみ使用できます。クラスの定義外で使用することはできません。
• defaultキーワードを適用する特殊メンバ関数は、暗黙的に生成可能な条件を満たしている必要があります。例えば、基底クラスにデフォルトコンストラクタがない場合、派生クラスのデフォルトコンストラクタをdefaultにすることはできません。

deleteキーワードとの比較:

defaultキーワードは、特殊メンバ関数のデフォルトの動作を明示的に指定するのに対し、deleteキーワードは、特殊メンバ関数の生成を禁止します。これらのキーワードを適切に使い分けることで、クラスの設計意図をより明確に表現することができます。

defaultキーワードを使用することで、コードの可読性を高め、コンパイラによる最適化を促進し、より安全で効率的なC++コードを作成することができます。

次のセクションでは、継承とデフォルトコンストラクタについて詳しく見ていきます。

C++の継承において、デフォルトコンストラクタは特別な意味を持ちます。派生クラスのコンストラクタが基底クラスのコンストラクタを明示的に呼び出さない場合、基底クラスのデフォルトコンストラクタが暗黙的に呼び出されます。この暗黙的な呼び出しが、継承関係にあるクラスの初期化において重要な役割を果たします。

1. 基底クラスのデフォルトコンストラクタの暗黙的な呼び出し:

派生クラスのコンストラクタが基底クラスのコンストラクタを明示的に呼び出さない場合、コンパイラは自動的に基底クラスのデフォルトコンストラクタを呼び出します。この動作は、派生クラスのオブジェクトが生成される際に、基底クラスの部分も適切に初期化されることを保証するために行われます。

class Base {
public:
  Base() {
    std::cout << "Base default constructor called" << std::endl;
  }
};

class Derived : public Base {
public:
  Derived() {
    std::cout << "Derived default constructor called" << std::endl;
  }
};

int main() {
  Derived obj; // Base default constructor called
               // Derived default constructor called
  return 0;
}

この例では、DerivedクラスのコンストラクタはBaseクラスのコンストラクタを明示的に呼び出していませんが、Derivedオブジェクトが生成される際に、Baseクラスのデフォルトコンストラクタが暗黙的に呼び出されます。

2. 基底クラスにデフォルトコンストラクタがない場合:

基底クラスがデフォルトコンストラクタを持たない場合、派生クラスのコンストラクタは基底クラスのコンストラクタを明示的に呼び出す必要があります。さもなければ、コンパイルエラーが発生します。

class Base {
public:
  Base(int value) {} // デフォルトコンストラクタなし
};

class Derived : public Base {
public:
  // Derived() {} // コンパイルエラー: 基底クラスのコンストラクタを明示的に呼び出す必要がある
  Derived() : Base(10) {} // OK: 基底クラスのコンストラクタを明示的に呼び出す
};

int main() {
  Derived obj;
  return 0;
}

この例では、Baseクラスはデフォルトコンストラクタを持たないため、DerivedクラスのコンストラクタはBase(10)のように、引数付きのコンストラクタを明示的に呼び出す必要があります。

3. protectedなデフォルトコンストラクタ:

基底クラスのデフォルトコンストラクタがprotectedである場合、派生クラスはそれを呼び出すことができますが、外部からは呼び出すことができません。これは、基底クラスのデフォルト構築を派生クラスにのみ許可したい場合に有効です。

class Base {
protected:
  Base() {} // protectedなデフォルトコンストラクタ

public:
  int m_value;
};

class Derived : public Base {
public:
  Derived() {
    m_value = 10; // OK: 基底クラスのメンバにアクセスできる
  }
};

int main() {
  // Base obj; // コンパイルエラー: protectedなコンストラクタにアクセスできない
  Derived obj; // OK
  return 0;
}

4. 仮想継承とデフォルトコンストラクタ:

仮想継承を使用する場合、最も派生したクラスが仮想基底クラスのコンストラクタを呼び出す責任があります。これは、多重継承の複雑さを解消し、仮想基底クラスが一度だけ初期化されることを保証するために行われます。

継承関係にあるクラスのデフォルトコンストラクタを適切に管理することは、オブジェクトの初期化を正しく行う上で非常に重要です。基底クラスのデフォルトコンストラクタの有無、アクセス権、仮想継承などの要素を考慮し、適切なコンストラクタを呼び出すように設計する必要があります。

次のセクションでは、ムーブセマンティクスとデフォルトコンストラクタについて詳しく見ていきます。

C++11で導入されたムーブセマンティクスは、オブジェクトの所有権を効率的に移動させるための仕組みです。デフォルトコンストラクタは、ムーブセマンティクスと密接に関連しており、ムーブコンストラクタやムーブ代入演算子の動作に影響を与えます。

1. ムーブコンストラクタとデフォルトコンストラクタ:

ムーブコンストラクタは、右辺値参照を引数に取り、オブジェクトの所有権を移動させる特殊なコンストラクタです。ムーブコンストラクタが定義されていない場合、コンパイラは暗黙的にムーブコンストラクタを生成することがあります。この暗黙的な生成は、以下の条件を満たす場合にのみ行われます。

• クラスがコピーコンストラクタ、コピー代入演算子、デストラクタを明示的に定義していないこと。

暗黙的に生成されたムーブコンストラクタは、メンバ変数のムーブコンストラクタを呼び出すことで所有権を移動させます。プリミティブ型やポインタ型のメンバ変数は、単に値をコピーするだけです。

デフォルトコンストラクタは、ムーブコンストラクタが呼び出された後に、移動元のオブジェクトを有効な状態にするために使用されることがあります。例えば、ポインタ型のメンバ変数をnullptrに設定したり、サイズを0に設定したりといった処理を行います。

class MyString {
private:
  char* m_data;
  size_t m_length;

public:
  MyString() : m_data(nullptr), m_length(0) {} // デフォルトコンストラクタ

  MyString(const char* str) {
    m_length = strlen(str);
    m_data = new char[m_length + 1];
    strcpy(m_data, str);
  }

  MyString(MyString&& other) : m_data(other.m_data), m_length(other.m_length) {
    // ムーブコンストラクタ: 所有権を移動
    other.m_data = nullptr;
    other.m_length = 0;
  }

  ~MyString() {
    delete[] m_data;
  }
};

この例では、MyStringクラスのムーブコンストラクタは、other.m_dataとother.m_lengthの値をm_dataとm_lengthにコピーし、other.m_dataをnullptrに設定することで、所有権を移動させています。デフォルトコンストラクタは、m_dataをnullptr、m_lengthを0に初期化することで、空のMyStringオブジェクトを生成します。

2. ムーブ代入演算子とデフォルトコンストラクタ:

ムーブ代入演算子は、右辺値参照を引数に取り、オブジェクトの所有権を移動させる特殊な代入演算子です。ムーブ代入演算子が定義されていない場合、コンパイラは暗黙的にムーブ代入演算子を生成することがあります。

暗黙的に生成されたムーブ代入演算子は、メンバ変数のムーブ代入演算子を呼び出すことで所有権を移動させます。プリミティブ型やポインタ型のメンバ変数は、単に値をコピーするだけです。

ムーブ代入演算子も、移動元のオブジェクトを有効な状態にするために、デフォルトコンストラクタと同様の処理を行うことがあります。

3. デフォルトコンストラクタがない場合のムーブセマンティクス:

デフォルトコンストラクタがないクラスでも、ムーブセマンティクスを利用することができます。ただし、ムーブコンストラクタやムーブ代入演算子の中で、移動元のオブジェクトを有効な状態にするために、デフォルトコンストラクタに相当する処理を明示的に行う必要があります。

ムーブセマンティクスを効果的に活用するためには、デフォルトコンストラクタの役割を理解し、オブジェクトのライフサイクル全体を通して、一貫性のある状態を維持することが重要です。

次のセクションでは、まとめとして、デフォルトコンストラクタを理解することの重要性について詳しく見ていきます。

C++におけるデフォルトコンストラクタは、一見すると単純な機能に見えますが、オブジェクトの初期化、継承、ムーブセマンティクスなど、C++プログラミングの根幹に関わる重要な役割を担っています。この記事では、デフォルトコンストラクタの定義、役割、明示的な定義の理由、初期化方法、注意点、そしてムーブセマンティクスとの関連について詳しく解説してきました。

デフォルトコンストラクタを理解することの重要性:

• オブジェクトの安全な初期化: デフォルトコンストラクタは、オブジェクトが生成される際に、そのオブジェクトの状態を初期化する役割を担います。適切な初期化を行うことで、オブジェクトが常に有効な状態に保たれ、予期せぬエラーを防ぐことができます。特に、プリミティブ型やポインタ型のメンバ変数は、デフォルトコンストラクタで明示的に初期化する必要があります。
• クラス設計の柔軟性: デフォルトコンストラクタの有無は、クラスの利用方法に大きな影響を与えます。デフォルトコンストラクタを明示的に定義することで、オブジェクトのデフォルト構築を許可したり、禁止したり、アクセス制御を行ったりすることができます。これにより、クラスの設計意図をより明確に表現し、柔軟性の高いクラス設計を実現することができます。
• 継承関係の円滑な構築: 派生クラスのコンストラクタは、基底クラスのコンストラクタを暗黙的または明示的に呼び出す必要があります。基底クラスにデフォルトコンストラクタがない場合、派生クラスは基底クラスのコンストラクタを明示的に呼び出す必要があり、継承関係の構築に影響を与えます。デフォルトコンストラクタの理解は、継承関係にあるクラスの初期化を正しく行う上で不可欠です。
• ムーブセマンティクスの効果的な活用: ムーブセマンティクスは、オブジェクトの所有権を効率的に移動させるための仕組みであり、C++11以降のパフォーマンス向上に大きく貢献しています。デフォルトコンストラクタは、ムーブコンストラクタやムーブ代入演算子の動作に影響を与え、移動元のオブジェクトを有効な状態にするために使用されることがあります。ムーブセマンティクスを効果的に活用するためには、デフォルトコンストラクタの役割を理解することが重要です。
• コードの可読性と保守性の向上: デフォルトコンストラクタを明示的に定義することで、コードの意図を明確にし、他の開発者の理解を助けることができます。また、defaultキーワードやdeleteキーワードを使用することで、コンパイラの動作を制御し、より安全で効率的なコードを作成することができます。

C++は、非常に強力で柔軟なプログラミング言語ですが、その分、習得が難しい側面も持っています。デフォルトコンストラクタは、C++の基礎を理解する上で重要な概念であり、その理解は、より高度なプログラミングスキルを身につけるための基礎となります。

この記事が、C++のデフォルトコンストラクタについて深く理解し、より安全で効率的なC++プログラミングを実践するための一助となれば幸いです。