C++ POD 类型

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。