【译】C++ POD的理解(1):aggregates
在阅读《深入理解C++11》时对POD的理解有些疑惑,stack overflow上有一篇高分回答写得非常棒,现在我把它翻译一遍加深一下自己的理解(原文):
如何阅读这篇文章
这篇文章有点长,如果你想同时了解aggregates和PODs(Plain Old Date),就请花点时间把这篇文章读完。如果你仅仅对aggregates感兴趣,则只需阅读第一部分就好。如果你只对PODs感兴趣,你必须首先搞清楚aggregates的定义、含义和示例,然后你就可以跳到PODs部分阅读,但我依然建议还是把第一部分阅读完毕。Aggregates的概念对于定义PODs来说是必不可少的。
什么是aggregates以及它的特殊性
在C++标准中的正式定义(C++03 8.5.1 §1):
Aggregate是一个数组或者是一个没有用户定义的构造函数、没有private和protected的非静态成员变量、没有基类和虚函数的类。
让我们来解析一下这个定义。首先,任何数组都是一个aggregate类型。一个类如果满足以下条件也可以是aggregate类型。。。等待,我们好像忘记说结构体和联合体,它们可以成为aggregate类型吗?答案是他们也可以成为aggregate类型。在C++中,class术语指的是所有的类、结构体和联合体。所以说,一个类(或者结构体,或者联合体)满足上述定义的条件时,就是aggregate类型的。这些条件意味着什么?
- 这并不意味着aggregate类不能拥有构造函数,事实上它可以拥有默认的构造函数和/或赋值构造函数,只要它们是编译器隐式声明,而不是用户显示声明;
- 没有private和protected的非静态成员变量,你可以定义很多private和protected的成员函数(构造函数除外)和private和protected的静态成员变量,这都不违背aggregate的规则;
- aggregate类可以拥有用户声明/用户定义的赋值操作和/或析构函数;
- 数组都是aggregate类型,即便数组元素是非aggregate类型。
现在让我们来看一些例子:
class NotAggregate1
{
virtual void f() {} //remember? no virtual functions
};
class NotAggregate2
{
int x; //x is private by default and non-static
};
class NotAggregate3
{
public:
NotAggregate3(int) {} //oops, user-defined constructor
};
class Aggregate1
{
public:
NotAggregate1 member1; //ok, public member
Aggregate1& operator=(Aggregate1 const & rhs) {/* */} //ok, copy-assignment
private:
void f() {} // ok, just a private function
};
你已经明白了aggregates的含义。现在让我们来看下aggregates有什么特别之处。与非aggregate类不同的是,aggregates类型可以用{}进行初始化。这种初始化语法通常被用于数组,但我们现在了解到的是aggregates。所以让我们先从数组开始:
Type array_name[n] = {a1, a2, …, am};
如果 m==n
第i个元素用ai初始化;
如果 m<n
前m个元素分别用a1、a2、a3... am;剩余n-m个元素如果可能的话会用值初始化(后面会解释这个名词);
如果 m>n
编译器将报出一个错误;
其余的情况如a[] = {1,2,3};
会假设数组(n)的大小为m,因此int a[] = {1,2,3}; 等同于a[3] = {1,2,3};
当一个对象是标量类型(bool, int, char, double, 指针等)时,它的值初始化指得是用0进行初始化(bool类型值为false,double类型值为0等)。
数组初始化的例子:
class A
{
public:
A(int) {} //no default constructor
};
class B
{
public:
B() {} //default constructor available
};
int main()
{
A a1[3] = {A(2), A(1), A(14)}; //OK,n == m
A a2[3] = {A(2)}; //ERROR,A没有默认构造函数,不可以用值初始化a2[1]和a2[2]
B b1[3] = {B()}; //OK, b1[1] and b1[2]用值初始化,在这个例子中用的默认构造函数
int Array1[1000] = {0}; //所有的元素都被初始化为0
int Array2[1000] = {1}; //只有第1个元素初始化为1,其余的元素都初始化为0
bool Array3[1000] = {}; //大括号可以为空,所有元素初始化为false
int Array4[1000]; //没有初始化,这和空初始化{}不同
//在这个例子中元素没有值初始化,拥有不确定的值
//(除非Array4是一个全局数组)
int array[2] = {1, 2, 3, 4}; //ERROR,太多元素被初始化
}
现在让我们看下如何使用打括号初始化aggregates类。与上述大致相同。我们将按照非静态数据成员在类定义中的出现顺序初始化它们,而不是数组元素(根据定义,它们都是公共的)。如果需要初始化的比成员变量少,那么其他元素都是进行值初始化。如果无法对未进行显式初始化的某个成员变量进行值初始化,则在编译时会遇到错误。如果初始化成员变量的数量超过所需的数量,我们还是会在编译的时候遇到错误。
struct X
{
int i1;
int i2;
};
struct Y
{
char c;
X x;
int i[2];
float f;
protected:
static double d;
private:
void g(){}
};
Y y = {'a', {10, 20}, {20, 30}};
在上述例子中y.c
被初始化为'a'
,y.x.i1
为10
,y.x.i2
为20
,y.i[0]
为20
,y.i[1]
为30
,y.f
则被值初始化,即被初始化为0.0
。protected的static类型的成员变量没有被初始化。
Aggregate联合体则不同,只有第一个成员变量可以用大括号进行初始化。我认为,如果您在c++方面高级到可以考虑使用union(它们的使用可能非常危险,必须仔细考虑)的地步,那么您可以自己在标准中查找union的规则:-)。
现在我们已经知道了aggregates类型的特殊之处,现在我们尝试理解一下它对类型的限制,也就是说为什么会有这些限制。我们应该理解,带大括号的成员初始化意味着类只不过是其成员变量的集合。如果用户定义了构造函数,这意味着徐虎需要在初始化成员变量时需要做额外的工作,所以使用大括号初始化会出错。如果存在虚函数,则意味着该类的对象有一个叫做虚函数表的指针(在大多数实现当中),该指针会在构造函数中进行设置,因此使用大括号初始化是不够的。作为练习,你可以用这种方法理解其他条件限制的含义:-)。
未完待续。。。