POD 是 C++ 中一个比较重要的概念,POD 是英文 Plain Old Data 的缩写(通俗讲就是类或结构体通过二进制拷贝后还能保持其数据不变),用来描述一个类型(包括 class、union 和 struct等)的属性。其中Plain表示这个类型是个平凡的类,Old表示其与C的兼容性。C++11 中将划分为两个基本概念:平凡的(trivial)和标准布局(standard layout)。

POD的好处:

  • 字节赋值,可以放心使用memset和memcpy对POD类型进行初始化和拷贝。
  • 提供对C内存兼容。POD类型数据在C与C++间的操作总是安全的。
  • 保证静态初始化的安全有效。POD类型对象初始化往往更简单。

1、平凡性(trivial)

一个trivial class 或struct 应符合以下定义:

  • 拥有平凡的默认构造函数(trivial constructor)和析构函数(trivial destructor)。如果用户定义了构造函数或析构函数,则不能称为POD类型。
  • 拥有平凡的赋值构造函数(trivial copy constructor)和移动构造函数(trivial move constructor)。
  • 拥有平凡的复制赋值运算符(trivial assignment operator)和移动赋值运算符(trivial move operator)。
  • 不能包含虚函数和虚基类。

在c++11中可以使用default关键字来显示声明缺省版本的构造函数从而是类型恢复平凡化(第二、第三规则类似),同时c++11也提供了一个类模板来帮助我们识别一个类是否平凡的。

template <typename T>struct std::is_trival

下列中A1、A3为trivial类,A2为非trivial类

class A1 {};

class A2 {
public:
A2(){}
}; class A3 {
public:
A3() = default;
A3(int a3){}
}; int main() {
cout<<boolalpha<<is_trivial<A1>::value<<endl;
cout<<boolalpha<<is_trivial<A2>::value<<endl;
cout<<boolalpha<<is_trivial<A3>::value<<endl;
return 0;
}

2、标准布局(standard layout)

满足如下条件的类或结构体是标准布局的:

  • 所有非静态成员具有相同的访问权限,比如都是private权限,或者都是public,或者都为protected。
  • 在类或结构体的继承时,满足以下两种情况之一:
    • 派生类中有非静态成员,且只有一个仅包含静态成员的基类。、
    • 基类有非静态成员,而派生类没有非静态成员。
      class B1 { static int n; };
      class B2 : B1 { int n1; }; //派生类 B2 中有非静态成员,且只有一个仅包含静态成员的基类 B1,所以B2为标准布局。
      class B3 : B2 { static int n2; }; //基类 B2 有非静态成员,而派生类 B3 没有非静态成员,所以B3为标准布局。
  • 类中第一个非静态成员的类型与基类不同。(基于c++中优化不包括成员的基类而产生的,在c++标准中,如果基类没有成员,基类不应占空间,所以标准允许派生类的第一个成员与基类共享地址,此时基类并没有占据任何实际空间。但此时若派生类第一个成员类型仍然是基类,编译器会为基类分配一个字节空间,因为c++标准要求类型相同的对象地址不同,因此c++11强制要求POD类型的派生类第一个非静态成员类型必须不同于基类)
    class A1 {};
    class A2 {}; class B1:public A1 {
    public:
    A1 a1;
    int b1;
    }; class B2:public A1 {
    public:
    A2 a2;
    int b2;
    }; class B3:public A1 {
    public:
    int b3;
    A1 a1;
    }; int main() {
    B1 b1;b1.b1=0xb1;
    B2 b2;b2.b2=0xb2;
    B3 b3;b3.b3=0xb3; cout<<"sizeof(b1)="<<sizeof(b1)<<endl;
    cout<<"&b1 ="<<&b1<<endl;
    cout<<"&b1.a1="<<&b1.a1<<endl;
    cout<<"&b1.b1="<<&b1.b1<<endl<<endl;
    cout<<"sizeof(b2)="<<sizeof(b2)<<endl;
    cout<<"&b2 ="<<&b2<<endl;
    cout<<"&b2.a2="<<&b2.a2<<endl;
    cout<<"&b2.b2="<<&b2.b2<<endl<<endl;
    cout<<"sizeof(b3)="<<sizeof(b3)<<endl;
    cout<<"&b3 ="<<&b3<<endl;
    cout<<"&b3.b3="<<&b3.b3<<endl;
    cout<<"&b3.a1="<<&b3.a1<<endl<<endl; cout<<boolalpha<<is_standard_layout<B1>::value<<endl;
    cout<<boolalpha<<is_standard_layout<B2>::value<<endl;
    cout<<boolalpha<<is_standard_layout<B3>::value<<endl;
    return 0;
    } /* *
    * sizeof(b1)=8
    * &b1 =0x62fe48
    * &b1.a1=0x62fe49
    * &b1.b1=0x62fe4c
    *
    * sizeof(b2)=8
    * &b2 =0x62fe40
    * &b2.a2=0x62fe40
    * &b2.b2=0x62fe44
    *
    * sizeof(b3)=8
    * &b3 =0x62fe38
    * &b3.b3=0x62fe38
    * &b3.a1=0x62fe3c
    *
    * false
    * true
    * true
    * */
  • 没有虚拟函数和虚拟基类。
  • 所有非静态成员均符合标准布局类型,其基类也符合标准布局。

3、POD的使用

当一个数据类型满足“trivial”和“standard layout”,我们则认为它是POD数据库。

c++ 提供了模板来判断一个类或结构体对象是否标准布局

template <typename T> structstd::is_standard_layout; //头文件为<type_traits>
template <typename T> struct std::is_pod //判断一个类型是否是POD,头文件为<type_traits>

所有兼容C语言的数据类型都是 POD 类型(struct、union 等不能违背上述规则)。

用例:

class A
{
public:
int x;
double y;
}; int main() {
if (std::is_pod<A>::value)
{
std::cout << "before" << std::endl;
A a;
a.x = 8;
a.y = 10.5;
std::cout << a.x << std::endl;
std::cout << a.y << std::endl; size_t size = sizeof(a);
char *p = new char[size];
memcpy(p, &a, size);
A *pA = (A*)p; std::cout << "after" << std::endl;
std::cout << pA->x << std::endl;
std::cout << pA->y << std::endl; delete p;
}
return 0;
}
/* 输出:
* before
* 8
* 10.5
* after
* 8
* 10.5
*/

通过运行结果,可以看到,对一个POD类型进行二进制拷贝后,数据成功进行了迁移。

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