概述

POD，即Plain Old Data的縮寫，plain代表普通，Old代表舊，從字面意思看是老的、普通的數(shù)據(jù)類型。這個(gè)概念由C++引入主要是為了與C兼容，或者說(shuō)POD就是與C兼容的那邊部分?jǐn)?shù)據(jù)類型。在C++對(duì)POD類型進(jìn)行序列化生成二進(jìn)制后，在C語(yǔ)言中可以對(duì)該二進(jìn)制進(jìn)行解析成功。如果對(duì)于一個(gè)非POD類型，假如包含虛函數(shù)的class，大家知道編譯器在操作的時(shí)候會(huì)加入虛函數(shù)指針，但是虛函數(shù)這個(gè)概念在C語(yǔ)言中不存在，遇到這種數(shù)據(jù)編譯器就不認(rèn)識(shí)了，或者說(shuō)對(duì)于一個(gè)非POD類型的數(shù)據(jù)，C語(yǔ)言是不識(shí)別的，于是C++就提出了POD數(shù)據(jù)類型的概念。

POD的一種常見用法是跨系統(tǒng)或者跨語(yǔ)言進(jìn)行通訊，比如與C/.NET等編寫的代碼進(jìn)行通訊。

概念

structA{
intx;
inty;
};
structB{
private:
intx;
public:
inty;
};
structC{
inta;
intb;
C(intx,inty):a{x},b{y}{}
};

那么，問(wèn)題來(lái)了，上述三個(gè)類型A、B和C，哪個(gè)是POD類型？

如果我們不清楚POD的判斷標(biāo)準(zhǔn)的話，只能靠猜來(lái)回答該問(wèn)題，幸運(yùn)的是Modern Cpp提供了接口來(lái)進(jìn)行判斷(PS:下面的trivial和standard layout用來(lái)輔助判斷)：

如果使用上述接口對(duì)前面例子中的對(duì)象A、B和C進(jìn)行判斷的話，結(jié)果如下：

從上述結(jié)果可以看出，B是平凡類型，C是標(biāo)準(zhǔn)布局，A既是平凡類型，又是標(biāo)準(zhǔn)布局，同時(shí)也是POD類型，這就引出了POD的定義：

A POD type is a type that is both trivial and standard-layout. This definition must hold recursively for all its non-static data members.

通過(guò)上述定義可以看出，POD類型既是平凡類型又是標(biāo)準(zhǔn)布局，反過(guò)來(lái)可以理解為如果一個(gè)類型既是平凡類型又是標(biāo)準(zhǔn)布局，且其內(nèi)部非靜態(tài)成員變量也滿足該條件(既是平凡類型又是標(biāo)準(zhǔn)布局)，那么這個(gè)類型就是POD類型。

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)POD定義如下：

A POD class is a class that is both a trivial class and a standard-layout class, and has no non-static data members of type non-POD class (or array thereof). A POD type is a scalar type, a POD class, an array of such a type, or a cv-qualified version of one of these types.

與前一個(gè)定義相比，新增了一個(gè)類型scalar type，cppference中提到，scalar type為以下幾個(gè)之一：

?an arithmetic type

?an enumeration type

?a pointer type

?a pointer-to-member type

?thestd::nullptr_ttype

?cv-qualified versions of the above types

好了，從上面的內(nèi)容中提到，一個(gè)POD類型的類，其非靜態(tài)成員變量也必須是POD的，對(duì)靜態(tài)成員變量和成員函數(shù)則沒(méi)有這個(gè)要求，如下這個(gè)類D，其仍然是POD：

structD{
inta;
intb;
staticstd::strings;
intget(){
returna;
}
};

在本小節(jié)中，我們提到了三個(gè)概念：Trivial(平凡類型)、Standard layout(標(biāo)準(zhǔn)布局)以及Scalar type，對(duì)于最后一個(gè)Scalar type比較簡(jiǎn)單，所以在后面的內(nèi)容中，將針對(duì)前兩個(gè)概念進(jìn)行詳細(xì)分析。

Trivial

這個(gè)概念比較抽象，乃至于很難用一句簡(jiǎn)單的話來(lái)描述。于是查閱了cppreference，顯示標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這塊也沒(méi)有一個(gè)完整的定義：

Note: the standard doesn't define a named requirement with this name. This is a type category defined by the core language. It is included here as a named requirement only for consistency.

于是搜索了相關(guān)資料，微軟官網(wǎng)對(duì)這塊的定義如下：

When a class or struct in C++ has compiler-provided or explicitly defaulted special member functions, then it is a trivial type. It occupies a contiguous memory area. It can have members with different access specifiers. In C++, the compiler is free to choose how to order members in this situation.

也就是說(shuō)，當(dāng)一個(gè)類型（class/struct）同時(shí)滿足以下幾個(gè)條件時(shí)，它就是trivial type：

?沒(méi)有虛函數(shù)或虛基類。

?由編譯器生成(使用=default或者=delete)默認(rèn)的特殊成員函數(shù)，包括默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)、移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)、賦值運(yùn)算符、移動(dòng)賦值運(yùn)算符和析構(gòu)函數(shù)。

?數(shù)據(jù)成員同樣需要滿足條件 1 和 2。

舉例如下：

classA{
public:
A(inti):n(i){}
A(){}
private:
intn;
};

classB{
public:
B(inti):n(i){}
B()=default;
private:
intn;
};

classC{
public:
C(inti):n(i){}
C()=delete;
private:
intn;
};

structBase{
intx;
inty;
};

structDerived:publicBase
{
private:
intz;
};

intmain(){
std::cout<::value<::value<::value<::value<::value<

	

	平凡類型具有如下屬性：

	?占據(jù)一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域

	?由于對(duì)齊要求，成員變量之間可以填充對(duì)齊字節(jié)（padding）

	?可以使用 memcpy進(jìn)行對(duì)象拷貝

	?可以將一個(gè)平凡的類型通過(guò)memcpy()放入char或者unsigned char數(shù)組，然后可以把數(shù)組內(nèi)的內(nèi)容重新組裝成一個(gè)該類型對(duì)象

	?允許有多個(gè)不同的訪問(wèn)控制符，但是，在這種情況下，編譯器有可能對(duì)其進(jìn)行重排

	針對(duì)上述最后一個(gè)屬性，示例如下：

	
structC{
public:
intx;

private:
inty;

public:
intz;
};

	

	編譯器可以將其重新排序?yàn)槿缦逻@種：

	
structC{
public:
intx;
intz;
private:
inty;
};

	

	正是因?yàn)槿缟显?訪問(wèn)權(quán)限和編譯器重排)，普通類型不能安全的與其他語(yǔ)言編寫的代碼進(jìn)行交互操作。我們以C語(yǔ)言為例，編譯器的重排導(dǎo)致不能不能與C語(yǔ)言兼容(或者說(shuō)C語(yǔ)言解析失敗)，因?yàn)镃語(yǔ)言不識(shí)別private這個(gè)訪問(wèn)權(quán)限，如果進(jìn)行交互操作，可能會(huì)導(dǎo)致其他意想不到的問(wèn)題。

	Standard layout

	布局指的是類、結(jié)構(gòu)體或者聯(lián)合(Union)的成員在內(nèi)存中的排列。標(biāo)準(zhǔn)布局定義了這樣一種類型，它不使用C中不存在的而在CPP中存在的某些功能或者特性。如果某個(gè)類是標(biāo)準(zhǔn)布局，那么可以通過(guò)memcpy進(jìn)行復(fù)制，而且可以與C語(yǔ)言中定義的同種類型進(jìn)行交互。一言以蔽之，具有標(biāo)準(zhǔn)布局類的類或者結(jié)構(gòu)體等與C兼容，并行可以通過(guò)C的API進(jìn)行交互。

	既然符合標(biāo)準(zhǔn)布局的類只具有C語(yǔ)言中存在的功能或者特性，那么，很容易總結(jié)出來(lái)標(biāo)準(zhǔn)布局的條件：

	1.沒(méi)有虛函數(shù)或者虛基類

	2.沒(méi)有引用類型的非靜態(tài)成員變量

	3.所有的非靜態(tài)成員變量具有相同的訪問(wèn)控制權(quán)限

	4.所有的非靜態(tài)成員變量和基類都是標(biāo)準(zhǔn)布局

	5.沒(méi)有多重繼承導(dǎo)致的菱形問(wèn)題

	6.子類中的第一個(gè)非靜態(tài)成員的類型與其基類不同

	7.在class或者struct繼承時(shí)，滿足以下兩種情況之一(總結(jié)就是要么子類有非靜態(tài)成員變量，要么父類有)：

	?派生類中有非靜態(tài)成員，且只有一個(gè)僅包含靜態(tài)成員的基類

	?基類有非靜態(tài)成員，而派生類沒(méi)有非靜態(tài)成員

	現(xiàn)在我們結(jié)合示例代碼進(jìn)行分析：

	
structA{
};
structB{
Aa;
doubleb;
};
structC{
voidfoo(){}
};
structD:publicC
{
intx;
inty;
};

	

	依據(jù)前面標(biāo)準(zhǔn)布局的要求，上述幾個(gè)類A、B、C和D都是標(biāo)準(zhǔn)布局?，F(xiàn)在我們構(gòu)造稍微復(fù)雜點(diǎn)的例子：

	
structE
{
intx;
};

structF:publicE
{
inty;
};

structG
{
intx;
private:
virtualvoidfoo(){};
};

structH{};
structX:publicH{};
structY:publicH{};
structK:publicX,Y{};

structL{
intx;
private:
inty;
};

	

	上面這些例子中，E是標(biāo)準(zhǔn)布局，G不屬于標(biāo)準(zhǔn)布局(虛函數(shù)，不滿足條件1)，K不屬于標(biāo)準(zhǔn)布局(菱形繼承，不滿足條件5)，L不屬于標(biāo)準(zhǔn)布局(不同的訪問(wèn)權(quán)限，不滿足條件3)

	接著我們看下前面條件中比較難理解的一個(gè)子類中的第一個(gè)非靜態(tài)成員的類型與其基類不同，示例如下：

	
structM{
intx;
};

structN:publicM{
Mm;
inta;
};

structX{
intx;
};

structY:publicX{

};

structZ:publicX{
inty;
};

	

	在上述例子中，M、X和Y是標(biāo)準(zhǔn)布局，而N(不滿足條件6)和Z(不滿足條件7)不是標(biāo)準(zhǔn)類型。

	

	

	審核編輯：劉清