c++ trivial, standard layout和POD类型解析
1. trivial类型
占用一片连续的内存，编译器可以重排成员变量的顺序或者增加一些padding（为了对齐），因此，可以放心的使用memcpy等函数，
但是，在c代码里面使用可能会出问题（因为可能会被重排），有如下特点：
- 没有虚函数和虚基类
- 基类也必须保证没有non-trivial的构造/析构/operator函数
- 成员变量的类型也必须保证没有non-trivial的构造/析构/operator函数
- 成员变量可以有public/protected/private修饰，且可以出现多个。
- 构造/operator/析构可以有自定义的，但是必须有默认的
可以看出来，trivial主要是针对于 构造/operator/析构 三种函数限制的，普通函数只要不是虚函数，就没有任何限制。
题外话，关于重排序，来看一个例子：
struct Foo {
A a;
B b;
C c;
private:
D d;
E e;
F f;
};
一般来讲，abc的顺序是不会重排的，def的顺序是不会重排的，但是，因为abc和def拥有着不同的访问控制符，是有可能def重排到abc前面的。官方解释
如下：
Nonstatic data members of a (non-union) class declared without an intervening access-specifier are allocated
so that later members have higher addresses within a class object.
The order of allocation of nonstatic data members separated by an access-specifier is unspecified (11.1)
注意，静态成员变量不影响
好了，定义部分讲完了，来看几个例子：
//trivial类型，同时也是pod类型（后面会解释）
class TrivialClass{
int a_;
bool flag_;
//bool flag2_{false}; //这种就不是trivial了
};
//不是trivial类型
class NonTrivialClass{
int a_;
bool flag_;
bool flag2_{false}; //比上面就多了一个初始化赋值，就不是trivial了，但是这个是stdlayout（后续会介绍）
};
class NonTrivialClass2{
int a_;
bool flag_;
bool flag2_ = false; //同NonTrivialClass
};
//不是trivial类型
class NonTrivialClass3{
NonTrivialClass3() {} //和NonTrivialClass3() = default的写法是不一样的，决定是否为trivial类型
int a_;
bool flag_;
bool flag2_ = false; //同NonTrivialClass
};
//下面的也满足trivial要求
class TrivialClass2{
public:
//注意，静态类型是不影响判断的，因为静态成员变量不会存储在结构体/类里面
static std::string static_member;
//也可以有构造函数，但是必须有默认的构造函数才行
TrivialClass2(int a, int b): a_(a), b_(b) {}
TrivialClass2() = default;
void foo() {}
int a_;
private:
int b_;
bool flag_;
};
虽然举的例子都是没有继承的简单类，但是如果有继承，也有可能是trivial类型，需要保证基类也是trivial类型
2. standard layout类型
standard layout类型（以下简称stdlayout）：不包含任何c语言里没有的功能，可以使用memcpy等函数，并且可以在c代码里放心使用，这点不同于trvial的类型，同时，stdlayout类型也能拥有自己的函数，有如下特点：
- 没有虚函数和虚基类
- 所有的非静态成员变量必须拥有完全一样的public/protected/private访问控制符, 比如下面的
TrivialClass2就不是stdlayout类型 - 所有非静态成员变量也必须是stdlayout类型
- 所有的基类也必须是stdlayout
- 不能把基类类型作为第一个非静态成员变量
- 下面的条件满足一个即可（总结就是要么子类有非静态成员变量，要么父类有）：
- 子类没有非静态成员变量并且只有一个基类有非静态成员变量
- 基类都没有非静态成员变量
注意，静态成员变量不影响
可以看出来，stdlayout放宽了构造/operator/析构的限制，但是也收紧了访问控制符的限制（只能有一种）
接下来看代码示例：
//满足stdlayout的要求，但是因为没有默认的构造函数，因此不满足trivial的要求
class StdLayoutClass{
public:
StdLayoutClass(int a, int b): a_(a), b_(b) {}
int a_;
int b_;
};
//和上面的结构体就多了一个private（权限修饰符不一样），这里就不是stdlayout了
class ClassMixedAccess{
public:
ClassMixedAccess(int a, int b): a_(a), b_(b) {}
int a_;
private:
int b_;
};
class StdLayoutBase{
public:
StdLayoutBase() {} //和StdLayoutBase()=default的写法是有区别的，决定了是否为trivial
int a_;
int b_;
};
//这个不是standard layout，因为基类有非静态成员变量，也不是trivial，因为积累的构造函数不是default（注意，和=default的写法是有区别的）
class StdLayoutDerived : public StdLayoutBase {
int c_;
int d_;
};
class StdLayoutBase2{
StdLayoutBase2() = default;
};
//这个就满足stdlayout的要求了，因为必须满足子类或者基类只能有一个有非静态成员变量
class StdLayoutDerived2 : public StdLayoutBase2 {
StdLayoutDerived2() = default;
int c_;
int d_;
//可以拥有自己的函数
void test_func(){
printf("hello world");
}
};
3. 集大成者，POD（Plain Old Data）类型
POD类型：当一个类既是trivial又是stdlayout类型的时候，这个时候它就是pod类型，因此，pod类型的特点如下：
- 拥有着连续的内存
- 每一个成员变量的地址都高于其前一个成员变量（也就是没有进行重排序操作）
- 同样的，也有嵌套要求，非静态成员变量必须也是POD类型
综上，POD类型可以在I/O操作中放心的进行copy和恢复， 基本类型比如int，char，引用等都是POD类型。
注意，静态成员变量不影响。
示例代码如下：
class ClassWithVirtual{
public:
virtual bool foo() {}
};
//出现了虚函数，因此，trivial和stdlayout都不是
class ClassWithVirtualDerived : public ClassWithVirtual {
public:
int a_;
int b_;
virtual bool foo() override{}
};
//有不同的访问限定符，因此，属于trivial但是不属于stdlayout
class ClassDiffAccess{
public:
int a_;
private:
int b_;
};
//拥有着自定义的构造函数（但是没有显示指定default），因此不属于trivial
class ClassWithoutDefaultConstructor{
public:
ClassWithoutDefaultConstructor() {};
int a_;
int b_;
};
//集大成者，既属于trivial也属于stdlayout，也就是POD类型
class PODClass {
int a_;
int b_;
};
4. 测试代码
上述类，可以通过如下代码测试
#define BOOL_2_STRING(val) ((val) ? "true" : "false")
/**
* tool function
* @tparam T
*/
template<class T>
void test_trivial_stdlayout_pod_type_internal(const char *type_name) {
bool is_trivial = std::is_trivial<T>::value;
bool is_std_layout = std::is_standard_layout<T>::value;
bool is_pod = std::is_pod<T>::value;
printf("%s: is_trivial[%s] is_standard_layout[%s] is_pod[%s]\n",
type_name, BOOL_2_STRING(is_trivial),
BOOL_2_STRING(is_std_layout), BOOL_2_STRING(is_pod));
}
/**
* 测试三大类型，trivial，standard layout， pod
*/
void test_trivial_stdlayout_pod_type() {
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<TrivialClass>("TrivialClass");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<NonTrivialClass>("NonTrivialClass");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<NonTrivialClass2>("NonTrivialClass2");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<NonTrivialClass3>("NonTrivialClass3");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<TrivialClass2>("TrivialClass2");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<StdLayoutClass>("StdLayoutClass");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<ClassMixedAccess>("ClassMixedAccess");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<StdLayoutDerived>("StdLayoutDerived");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<StdLayoutDerived2>("StdLayoutDerived2");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<ClassWithVirtualDerived>("ClassWithVirtualDerived");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<ClassDiffAccess>("ClassDiffAccess");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<ClassWithoutDefaultConstructor>("ClassWithoutDefaultConstructor");
test_trivial_stdlayout_pod_type_internal<PODClass>("PODClass");
}
/*
输出如下：
TrivialClass: is_trivial[true] is_standard_layout[true] is_pod[true]
NonTrivialClass: is_trivial[false] is_standard_layout[true] is_pod[false]
NonTrivialClass2: is_trivial[false] is_standard_layout[true] is_pod[false]
NonTrivialClass3: is_trivial[false] is_standard_layout[true] is_pod[false]
TrivialClass2: is_trivial[true] is_standard_layout[false] is_pod[false]
StdLayoutClass: is_trivial[false] is_standard_layout[true] is_pod[false]
ClassMixedAccess: is_trivial[false] is_standard_layout[false] is_pod[false]
StdLayoutDerived: is_trivial[false] is_standard_layout[false] is_pod[false]
StdLayoutDerived2: is_trivial[true] is_standard_layout[true] is_pod[true]
ClassWithVirtualDerived: is_trivial[false] is_standard_layout[false] is_pod[false]
ClassDiffAccess: is_trivial[true] is_standard_layout[false] is_pod[false]
ClassWithoutDefaultConstructor: is_trivial[false] is_standard_layout[true] is_pod[false]
PODClass: is_trivial[true] is_standard_layout[true] is_pod[true]
*/
