《深入理解C++11》笔记–POD类型

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本编继续介绍第三章的内容：POD类型，plain old data。Plain代表数据是普通类型，old代表能与C兼容支持memcpy、memset等函数。POD分为两个部分，trivial(平凡的)和(s’tan’dard layout)标准布局的，必须同时满足才是POD类型。

平凡的类或结构体必须满足以下的条件：
- 平凡的默认构造函数和析构函数。只要是自己定义了函数，即使实现为空，也不再平凡。所以就是说不能自定义默认构造函数和析构函数。
- 平凡的拷贝构造函数和移动构造函数。
- 平凡的赋值构造函数。
- 不能包含虚函数和虚基类。

另外，可以用std::is_trivial来判断是不是一个平凡类型，std::is_trivial::value，例如：

class TrivialA {
};
class TrivialB {
public :
    int a;
};
class TrivialC {
    TrivialC() {}                   // 有默认构造函数，不平凡
};
class TrivialD {
    TrivialD(const TrivialD& a) {}   // 有赋值构造函数，不平凡
};
class TrivialE {
    TrivialE(TrivalE&& a) {}        // 有移动构造函数，不平凡
};
class TrivialF {
    TrivialF& operator=(const TrivialF& a) {}   // 有赋值构造函数，不平凡
};
class TrivialG {
    virtual void func() = 0;                  // 有虚函数，不平凡
};
class TrivialH: virtual public TrivialA {               // 有虚基类，不平凡
};

int main(int argc, char **argv)
{
    std::cout << std::is_trivial::value << std::endl;     // 1
    std::cout << std::is_trivial::value << std::endl;     // 1
    std::cout << std::is_trivial::value << std::endl;     // 从这里开始都是0
    std::cout << std::is_trivial::value << std::endl;
    std::cout << std::is_trivial::value << std::endl;
    std::cout << std::is_trivial::value << std::endl;
    std::cout << std::is_trivial::value << std::endl;
    std::cout << std::is_trivial::value << std::endl;

    return 0;
}

标准布局的类或结构体必须满足以下的条件：

• 所有非静态成员有相同的访问权限。
• 在类或结构体继承时满足以下两个条件之一：
  1、派生类中有非静态成员，且只有仅包含静态成员的基类。
  2、基类有非静态成员，而派生类没有非静态成员。
  其实就是派生类和基类中不允许同时出现非静态成员，因为同时有非静态成员就无法进行memcpy
• 类中第一个非静态成员的类型与基类不同。
  C++标准允许，在基类没有成员时，派生类第一个成员与基类共享地址。但是当派生类中第一个数据成员类型为基类类型时，有趣的问题就来了。首先，这时派生类的内存布局包括基类部分的内存布局，同时自己又添加了另外一个基类类型的变量，如果编译器优化实现第一个成员和基类部分共享地址，那么就违背了C++标准的另一个要求，同类型的不同对象地址必须不同。
• 没有虚函数和虚基类。
• 所有非静态成员均符合标准布局，其基类也符合标准布局。

另外，可以用std::is_standard_layout来判断是不是一个标准布局，std::is_standard_layout::value，例如：

class StdLayoutA {
};
class StdLayoutB {
public :
    int a;
    int b;
};
class StdLayoutC : public StdLayoutA {
public:
    int a;
    int b;
    void fun() {}
};
class StdLayoutD : public StdLayoutA  {
public:
    int a;
    StdLayoutA sla;
};
class StdLayoutE : public StdLayoutA , public StdLayoutC {
};
class StdLayoutF {
public:
    static int a;
};
class StdLayoutG : public StdLayoutF {
public:
    int a;
};
class StdLayoutH: public StdLayoutA {   // 第一个非静态成员是基类，所以不标准，如果sla的位置和b交换，那么是标准的
public:
    StdLayoutA sla;
    int b;
};
class StdLayoutI : public StdLayoutB {   // 基类和派生类都有非静态变量，所以不标准，如果基类或者派生类中只有静态变量，那么是标准的
public:
    int a;
};
class StdLayoutJ: public StdLayoutI {    // 基类不标准，所以不标准，如果StdLayoutI标准，那么是标准的
};
class StdLayoutK{    // 非静态成员权限不同，所以不标准，如果a或b有一个是静态，那么是标准的
public:
    int a;
private:
    int b;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;   // 以上都是1，从这里开始都是0
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout::value << std::endl;

    return 0;
}

针对POD类型也有模板类：std::is_pod::value。了解了POD类型的要求，再来解释POD类型的好处：

• 字节赋值，可以使用memset和memcpy。
• 兼容C语言的内存布局
• 保证静态初始化安全有效
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