没有私人或受保护的 non-static data members . 您可以拥有任意数量的私有和受保护的成员函数(但不是构造函数)以及任意数量的私有或受保护的 static 数据成员和成员函数,并且不违反聚合类的规则
聚合类可以具有用户声明/用户定义的复制赋值运算符和/或析构函数
数组是聚合,即使它是非聚合类类型的数组 .
现在让我们看一些例子:
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
};
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 has no default constructor. Unable to value-initialize a2[1] and a2[2]
B b1[3] = {B()}; //OK b1[1] and b1[2] are value initialized, in this case with the default-ctor
int Array1[1000] = {0}; //All elements are initialized with 0;
int Array2[1000] = {1}; //Attention: only the first element is 1, the rest are 0;
bool Array3[1000] = {}; //the braces can be empty too. All elements initialized with false
int Array4[1000]; //no initializer. This is different from an empty {} initializer in that
//the elements in this case are not value-initialized, but have indeterminate values
//(unless, of course, Array4 is a global array)
int array[2] = {1, 2, 3, 4}; //ERROR, too many initializers
}
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}};
struct POD
{
int x;
char y;
void f() {} //no harm if there's a function
static std::vector<char> v; //static members do not matter
};
struct AggregateButNotPOD1
{
int x;
~AggregateButNotPOD1() {} //user-defined destructor
};
struct AggregateButNotPOD2
{
AggregateButNotPOD1 arrOfNonPod[3]; //array of non-POD class
};
#define N sizeof(T)
char buf[N];
T obj; // obj initialized to its original value
memcpy(buf, &obj, N); // between these two calls to memcpy,
// obj might be modified
memcpy(&obj, buf, N); // at this point, each subobject of obj of scalar type
// holds its original value
// empty classes are trivial
struct Trivial1 {};
// all special members are implicit
struct Trivial2 {
int x;
};
struct Trivial3 : Trivial2 { // base class is trivial
Trivial3() = default; // not a user-provided ctor
int y;
};
struct Trivial4 {
public:
int a;
private: // no restrictions on access modifiers
int b;
};
struct Trivial5 {
Trivial1 a;
Trivial2 b;
Trivial3 c;
Trivial4 d;
};
struct Trivial6 {
Trivial2 a[23];
};
struct Trivial7 {
Trivial6 c;
void f(); // it's okay to have non-virtual functions
};
struct Trivial8 {
int x;
static NonTrivial1 y; // no restrictions on static members
};
struct Trivial9 {
Trivial9() = default; // not user-provided
// a regular constructor is okay because we still have default ctor
Trivial9(int x) : x(x) {};
int x;
};
struct NonTrivial1 : Trivial3 {
virtual void f(); // virtual members make non-trivial ctors
};
struct NonTrivial2 {
NonTrivial2() : z(42) {} // user-provided ctor
int z;
};
struct NonTrivial3 {
NonTrivial3(); // user-provided ctor
int w;
};
NonTrivial3::NonTrivial3() = default; // defaulted but not on first declaration
// still counts as user-provided
struct NonTrivial5 {
virtual ~NonTrivial5(); // virtual destructors are not trivial
};
// empty classes have standard-layout
struct StandardLayout1 {};
struct StandardLayout2 {
int x;
};
struct StandardLayout3 {
private: // both are private, so it's ok
int x;
int y;
};
struct StandardLayout4 : StandardLayout1 {
int x;
int y;
void f(); // perfectly fine to have non-virtual functions
};
struct StandardLayout5 : StandardLayout1 {
int x;
StandardLayout1 y; // can have members of base type if they're not the first
};
struct StandardLayout6 : StandardLayout1, StandardLayout5 {
// can use multiple inheritance as long only
// one class in the hierarchy has non-static data members
};
struct StandardLayout7 {
int x;
int y;
StandardLayout7(int x, int y) : x(x), y(y) {} // user-provided ctors are ok
};
struct StandardLayout8 {
public:
StandardLayout8(int x) : x(x) {} // user-provided ctors are ok
// ok to have non-static data members and other members with different access
private:
int x;
};
struct StandardLayout9 {
int x;
static NonStandardLayout1 y; // no restrictions on static members
};
struct NonStandardLayout1 {
virtual f(); // cannot have virtual functions
};
struct NonStandardLayout2 {
NonStandardLayout1 X; // has non-standard-layout member
};
struct NonStandardLayout3 : StandardLayout1 {
StandardLayout1 x; // first member cannot be of the same type as base
};
struct NonStandardLayout4 : StandardLayout3 {
int z; // more than one class has non-static data members
};
struct NonStandardLayout5 : NonStandardLayout3 {}; // has a non-standard-layout base class
澄清了这样的要求:派生树中只有一个类"has"非静态数据成员引用首先声明此类数据成员的类,而不是可以继承它们的类,并将此要求扩展到非静态位字段 . 还澄清了标准布局类"has at most one base class subobject of any given type."见DR1813,DR1881
标准布局的定义从未允许过任何基类的类型与第一个非静态数据成员的类型相同 . 这是为了避免偏移零的数据成员与任何基类具有相同类型的情况 . C 17标准提供了更严格的递归定义"the set of the types of all non-base-class subobjects that are guaranteed in a standard-layout class to be at a zero offset",以便禁止这些类型成为任何基类的类型 . 见DR1672,DR2120 .
5 回答
如何阅读:
这篇文章相当长 . 如果您想了解聚合和POD(普通旧数据)需要时间并阅读它 . 如果您只对聚合感兴趣,请阅读第一部分 . 如果您只对POD感兴趣,那么您必须首先阅读聚合的定义,含义和示例,然后您可以跳转到POD但我仍然建议您完整阅读第一部分 . 聚合的概念对于定义POD至关重要 . 如果您发现任何错误(包括语法,文体,格式,语法等),请发表评论,我将进行编辑 .
什么是聚合以及它们为何特殊
Formal definition from the C++ standard (C++03 8.5.1 §1) :
那么,好吧,让它们聚合起来吧?是的他们可以 . 在C中,术语
class
指的是所有类,结构和联合 . 因此,当且仅当它满足上述定义中的条件时,类(或结构或联合)才是聚合 . 这些标准意味着什么?这并不意味着聚合类不能有构造函数,实际上只要编译器隐式声明它们就可以有默认构造函数和/或复制构造函数,而不是用户明确声明
没有私人或受保护的 non-static data members . 您可以拥有任意数量的私有和受保护的成员函数(但不是构造函数)以及任意数量的私有或受保护的 static 数据成员和成员函数,并且不违反聚合类的规则
聚合类可以具有用户声明/用户定义的复制赋值运算符和/或析构函数
数组是聚合,即使它是非聚合类类型的数组 .
现在让我们看一些例子:
你明白了 . 现在让我们看看聚合是如何特殊的 . 与非聚合类不同,它们可以使用花括号
{}
进行初始化 . 这种初始化语法通常用于数组,我们只是了解到这些是聚合 . 那么,让我们从他们开始吧 .Type array_name[n] = {a1, a2, …, am};
if(m == n)
数组的第i个元素用ai初始化
else if(m < n)
数组的前m个元素用a1,a2,...,am初始化,如果可能的话,其他
n - m
元素是值初始化的(参见下面的术语解释)else if(m > n)
编译器会发出错误
else (在没有指定n的情况下就是这种情况,如
int a[] = {1, 2, 3};
)假设数组(n)的大小等于m,所以
int a[] = {1, 2, 3};
相当于int a[3] = {1, 2, 3};
当标量类型的对象(
bool
,int
,char
,double
,指针等)进行值初始化时,表示该类型的0
初始化(bool
为bool
,0.0
为double
等) . 当具有用户声明的默认构造函数的类类型的对象被初始化时,将调用其默认构造函数 . 如果隐式定义了默认构造函数,则递归地对所有非静态成员进行值初始化 . 这个定义不精确,有点不正确但它应该给你基本的想法 . 引用不能进行值初始化 . 例如,如果类没有适当的默认构造函数,则非聚合类的值初始化可能会失败 .数组初始化的示例:
现在让我们看看如何使用大括号初始化聚合类 . 几乎是一样的 . 我们将按照它们在类定义中出现的顺序初始化非静态数据成员而不是数组元素(根据定义它们都是公共的) . 如果初始化程序少于成员,则其余部分进行值初始化 . 如果无法对未明确初始化的成员之一进行值初始化,则会出现编译时错误 . 如果有更多的初始值设定项,我们也会遇到编译时错误 .
在上面的示例中,
y.c
初始化为'a'
,y.x.i1
与10
,y.x.i2
与20
,y.i[0]
与20
,y.i[1]
与30
和y.f
进行了值初始化,即使用0.0
初始化 . 受保护的静态成员d
根本没有初始化,因为它是static
.聚合联合的不同之处在于您可以仅使用大括号初始化其第一个成员 . 我认为如果你在C语言中足够先进甚至考虑使用工会(他们的使用可能非常危险并且必须仔细考虑),你可以在标准中查找工会的规则:) .
现在我们知道了聚合的特殊之处,让我们试着理解对类的限制;也就是说,为什么他们在那里 . 我们应该理解,使用大括号进行成员初始化意味着该类只不过是其成员的总和 . 如果存在用户定义的构造函数,则意味着用户需要做一些额外的工作来初始化成员,因此大括号初始化将是不正确的 . 如果存在虚函数,则意味着该类的对象(在大多数实现中)具有指向类的所谓vtable的指针,该指针在构造函数中设置,因此大括号初始化将是不够的 . 你可以用类似于练习:)的方式找出其余的限制 .
关于聚合的足够多 . 现在我们可以定义更严格的类型集,即POD
什么是POD以及为什么它们是特殊的
Formal definition from the C++ standard (C++03 9 §4) :
哇,这个解析起来比较困难,不是吗? :)让我们离开工会(与上面相同的理由)并以更清晰的方式改写:
这个定义意味着什么? (我提到 POD 代表 Plain Old Data ?)
所有POD类都是聚合,或者,换句话说,如果一个类不是聚合,那么肯定不是POD
类,就像结构一样,可以是POD,即使标准术语是两种情况下的POD结构
就像聚合的情况一样,这个类的静态成员并不重要
例子:
POD类,POD联合,标量类型和此类类型的数组统称为 POD-types.
POD在很多方面都很特别 . 我只提供一些例子 .
POD类最接近C结构 . 与它们不同,POD可以具有成员函数和任意静态成员,但这两者都不会改变对象的内存布局 . 因此,如果您想编写一个可以在C甚至.NET中使用的或多或少可移植的动态库,您应该尝试使所有导出的函数只接受POD类型的参数 .
非POD类类型的对象的生命周期在构造函数完成时开始,在析构函数完成时结束 . 对于POD类,生命周期在对象的存储被占用时开始,并在该存储被释放或重用时结束 .
对于POD类型的对象,标准保证当您将对象的内容放入char或unsigned char数组中,然后
memcpy
将内容返回到您的对象时,该对象将保持其原始值 . 请注意,对于非POD类型的对象,不存在此类保证 . 此外,您可以使用memcpy
安全地复制POD对象 . 以下示例假定T是POD类型:f()
格式不正确,而g()
格式正确 . 请注意,Microsoft的编译器对此规则过于宽松 - 它只是在两种情况下都会发出警告 .A*
从A*
到T*
并获得指向第一个成员的指针,反之亦然 .名单不断......
结论
重要的是要了解POD到底是什么,因为正如您所看到的,许多语言功能对它们的行为都不同 .
C 11有什么变化?
聚合
聚合的标准定义略有改变,但它仍然几乎相同:
好的,改变了什么?
这仍然是一个聚合,因为在第一个声明中默认的构造函数(或任何特殊成员函数)不是用户提供的 .
使用此功能使该类不再是聚合,因为它基本上等同于提供您自己的默认构造函数 .
那么,什么是聚合并没有太大变化 . 它仍然是相同的基本想法,适应新功能 .
POD怎么样?
POD经历了很多变化 . 在这个新标准中放宽了许多关于POD的先前规则,并且标准中提供的定义方式发生了根本改变 .
POD的想法是捕获基本上两个不同的属性:
它支持静态初始化,和
在C中编译POD为您提供与在C中编译的结构相同的内存布局 .
因此,定义被分为两个不同的概念:普通类和标准布局类,因为它们比POD更有用 . 该标准现在很少使用术语POD,更喜欢更具体的琐碎和标准布局概念 .
新定义基本上说POD是一个既简单又具有标准布局的类,并且此属性必须递归保存所有非静态数据成员:
让我们分别详细介绍这两个属性中的每一个 .
琐碎的课程
Trivial是上面提到的第一个属性:普通类支持静态初始化 . 如果一个类是可以轻易复制的(普通类的超集),可以使用
memcpy
这样的地方复制其表示,并期望结果相同 .该标准定义了一个简单的类,如下所示:
那么,那些琐碎和琐碎的事情是什么呢?
基本上这意味着如果复制或移动构造函数不是用户提供的,则该复制或移动构造函数是微不足道的,该类中没有虚拟内容,并且此属性以递归方式保存在类的所有成员和基类中 .
简单的复制/移动赋值运算符的定义非常相似,只需将“构造函数”替换为“赋值运算符” .
一个简单的析构函数也有一个类似的定义,增加的约束是它不能是虚拟的 .
还有另一个类似的规则存在于普通的默认构造函数中,另外如果类具有带有大括号或者相等初始值的非静态数据成员,则默认构造函数并不重要,我们已在上面看到过 .
以下是一些清除所有内容的示例:
标准布局
标准布局是第二个属性 . 标准提到这些对于与其他语言通信很有用,这是因为标准布局类具有与等效C结构或联合相同的内存布局 .
这是另一个必须以递归方式保存成员和所有基类的属性 . 和往常一样,不允许使用虚函数或虚基类 . 这会使布局与C不兼容 .
这里一个宽松的规则是标准布局类必须具有相同访问控制的所有非静态数据成员 . 以前这些必须全部公开,但现在您可以将它们设为私有或受保护,只要它们都是私有或受到保护 .
使用继承时,整个继承树中只有一个类可以拥有非静态数据成员,并且第一个非静态数据成员不能是基类类型(这可能会破坏别名规则),否则,它不是标准 - 布局类 .
这就是定义在标准文本中的用法:
让我们看几个例子 .
结论
有了这些新规则,现在可以有更多类型的POD . 即使类型不是POD,我们也可以单独利用一些POD属性(如果它只是一个简单的布局或标准布局) .
标准库具有在 Headers
<type_traits>
中测试这些属性的特征:C 14有什么变化
我们可以参考Draft C++14 standard以供参考 .
聚合
这将在
8.5.1
聚合部分中介绍,它给出了以下定义:唯一的变化是现在添加类内成员初始值设定项不会使类成为非聚合 . 所以C++11 aggregate initialization for classes with member in-pace initializers中的以下示例:
不是C 11中的聚合,但是它在C 14中 . 这个改变包含在_1353531中,其中有以下摘要:
POD保持不变
POD(普通旧数据)结构的定义在
9
类中介绍,该类说:这与C 11的措辞相同 .
C 14的标准布局更改
正如评论中所指出的那样,pod依赖于标准布局的定义,并且确实在C 14中发生了变化,但这是通过在事实之后应用于C 14的缺陷报告 .
有三个DR:
DR 1672
DR 1813
DR 2120
所以standard-layout从这个Pre C 14开始:
至this in C++14:
我会尽力:
这很简单:所有非静态数据成员都必须是
public
,private
或protected
. 你不能有一些public
和一些private
.对它们的推理归结为完全区分“标准布局”和“非标准布局”的原因 . 也就是说,让编译器可以自由选择如何将内容放入内存中 . 这不仅仅是关于vtable指针 .
当他们在98中标准化C时,他们必须基本预测人们将如何实现它 . 虽然他们对各种C语言有相当多的实施经验,但他们对事情并不确定 . 所以他们决定保持谨慎:给编译器尽可能多的自由 .
这就是为什么C 98中POD的定义如此严格 . 它使C编译器在大多数类的成员布局上具有很大的自由度 . 基本上,POD类型是特殊情况,特别是你出于某种原因写的 .
当C 11正在开发时,他们对编译器有了更多的经验 . 他们意识到...... C编译器编写者真的很懒惰 . 他们拥有所有这些自由,但他们没有采取任何行动 .
标准布局的规则或多或少地编纂了通常的做法:大多数编译器实际上并没有真正改变它们(对于相应的类型特征可能有些东西) .
现在,当谈到
public
/private
时,事情就不同了 . 重新排序哪些成员public
与private
的自由实际上对编译器很重要,特别是在调试版本中 . 而且自标准布局以来是否与其他语言兼容,您不能在调试与发布中使用不同的布局 .然后有's the fact that it doesn' t真的伤害了用户 . 如果你正在制作一个封装的类,那么你的所有数据成员都可能是
private
. 您通常不会在完全封装的类型上公开公共数据成员 . 因此,对于那些想要这样做的少数用户来说,这只会是一个问题 .所以这不是什么大损失 .
这个问题的原因可以追溯到为什么他们再次标准化标准布局:通常的做法 .
当涉及到实际存储事物的继承树的两个成员时,没有通用的做法 . 有些人把基类放在派生之前,有些则用另一种方式做 . 如果成员来自两个基类,您会以哪种方式订购?等等 . 编译器在这些问题上存在很大分歧 .
此外,由于零/一/无穷大规则,一旦你说你可以有两个成员类,你可以说你想要多少 . 这需要添加许多布局规则来处理这个问题 . 你必须说多重继承是如何工作的,哪些类把它们的数据放在其他类之前等等 . 这是很多规则,因为很少有物质增益 .
您不能制作没有虚函数和默认构造函数标准布局的所有内容 .
我真的不能跟这个说话 . 在C的别名规则中,我没有受过足够的教育才能真正理解它 . 但它与基本成员将与基类本身共享相同地址这一事实有关 . 那是:
这可能是针对C的别名规则 . 某种程度上来说 .
但是,请考虑一下:实际上有能力做到这一点有多大用处?由于只有一个类可以拥有非静态数据成员,因此
Derived
必须是该类(因为它具有Base
作为成员) . 所以Base
必须为空(数据) . 如果Base
是空的,还有一个基类...为什么要有一个数据成员呢?由于
Base
为空,因此没有状态 . 因此,任何非静态成员函数都将根据它们的参数执行它们的操作,而不是它们的this
指针 .再说一次:没有大的损失 .
C 17的变化
下载C 17国际标准最终草案here .
Aggregates
C 17扩展并增强了聚合和聚合初始化 . 标准库现在还包含
std::is_aggregate
类型的特征类 . 以下是第11.6.1.1节和第11.6.1.2节中的正式定义(内部参考文献已省略):改变了什么?
Trivial Classes
在C17中重新设计了琐碎类的定义,以解决C14中未涉及的几个缺陷 . 这些变化本质上是技术性的 . 这是12.0.6的新定义(内部参考文献省略):
变化:
在C14下,对于一个简单的类,该类不能有任何非平凡的复制/移动构造函数/赋值运算符 . 但是,隐式声明为默认的构造函数/运算符可能是非平凡的,但仍定义为已删除,因为例如,类包含无法复制/移动的类类型的子对象 . 这种非平凡的,定义为删除的构造函数/运算符的存在将导致整个类是非平凡的 . 析构函数存在类似的问题 . C 17阐明了这样的构造函数/运算符的存在不会导致类非平凡地可复制,因此非平凡,并且一个简单的可复制类必须具有一个简单的,未删除的析构函数 . DR1734,DR1928
C 14允许一个简单的可复制类,因此是一个简单的类,将每个复制/移动构造函数/赋值运算符声明为已删除 . 如果类也是标准布局,则可以使用
std::memcpy
合法地复制/移动它 . 这是一个语义上的矛盾,因为通过将所有构造函数/赋值运算符定义为已删除,该类的创建者明确表示该类无法复制/移动,但该类仍然满足了一个简单的可复制类的定义 . 因此,在C17中,我们有一个新的子句,声明平凡的可复制类必须至少有一个平凡的,未删除的(虽然不一定是公共可访问的)复制/移动构造函数/赋值运算符 . 见N4148,DR1734第三个技术变化涉及默认构造函数的类似问题 . 在C 14下,一个类可以有一些简单的默认构造函数,它们被隐式定义为已删除,但仍然是一个普通的类 . 新定义阐明了一个普通的类必须至少有一个简单的,未删除的默认构造函数 . 见DR1496
Standard-layout Classes
标准布局的定义也被重新设计以解决缺陷报告 . 这些变化再次是技术性的 . 这是标准(12.0.7)中的文字 . 和以前一样,内部引用被省略了:
变化:
澄清了这样的要求:派生树中只有一个类"has"非静态数据成员引用首先声明此类数据成员的类,而不是可以继承它们的类,并将此要求扩展到非静态位字段 . 还澄清了标准布局类"has at most one base class subobject of any given type."见DR1813,DR1881
标准布局的定义从未允许过任何基类的类型与第一个非静态数据成员的类型相同 . 这是为了避免偏移零的数据成员与任何基类具有相同类型的情况 . C 17标准提供了更严格的递归定义"the set of the types of all non-base-class subobjects that are guaranteed in a standard-layout class to be at a zero offset",以便禁止这些类型成为任何基类的类型 . 见DR1672,DR2120 .