C++中的trivial和non-trivial构造/析构/拷贝/赋值函数及POD类型

最新推荐文章于 2024-08-11 15:27:03 发布

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文章详细介绍了C++中的trivial和non-trivial概念，主要针对类的构造函数、复制构造函数、赋值函数和析构函数。POD类型是指具有C兼容性的简单结构，具备平凡的构造和析构等特性，允许直接内存操作以提高效率。C++11中，POD类型进一步细分为平凡的和标准布局的。了解这些概念对于理解和优化C++代码的性能至关重要。

在侯捷的《STL源码剖析》里提到trivial和non-trivial及POD类型，相关知识整理如下。

trivial意思是无意义，这个trivial和non-trivial是对类的四种函数来说的：

构造函数(ctor)

复制构造函数(copy)

赋值函数(assignment)

析构函数(dtor)

简单来说，“平凡”意味着这些特殊的成员函数用很朴素的方式完成它们的工作。而”很朴素的方式“这个说法对不同的函数有不同的意义。

对默认构造函数和析构函数来说，“平凡”意味着什么也不做。

对拷贝构造函数和拷贝赋值函数来说，“平凡”意味着只做简单的内存拷贝。

如果至少满足下面3条里的一条：

显式(explict)定义了这四种函数。

类里有非静态非POD的数据成员。

有基类。

那么上面的四种函数是non-trivial函数，比如叫non-trivial ctor、non-trivial copy…，也就是说有意义的函数，里面由一些必要的操作，比如类成员的初始化、释放内存等。

那个POD意思是Plain Old Data，也就是C++的内建类型或传统的C结构体类型。POD类型必然有trivial ctor/dtor/copy/assignment四种函数。

// 整个T是POD类型
class T
{
    // 没有显式定义ctor/dtor/copy/assignemt所以都是trivial
    int a; // POD类型
};

// 整个T1是非POD类型
class T1
{
    T1() // 显式定义了构造函数，所以是non-trivial ctor
    {
    }
    // 没有显式定义dtor/copy/assignemt所以都是trivial
    int a;         // POD类型
    std::string b; // 非POD类型
};

对POD类型的一些补充：

POD 是英文中 Plain Old Data 的缩写，翻译过来就是普通的旧数据。POD 在 C++ 中是非常重要的一个概念，通常用于说明一个类型的属性，尤其是用户自定义类型的属性。

POD 属性在 C++11 中往往又是构建其他 C++ 概念的基础，事实上，在 C++11 标准中，POD 出现的概率相当高。因此学习 C++，尤其是在 C++11 中，了解 POD 的概念是非常必要的。

Plain ：表示是个普通的类型

Old ：体现了其与 C 的兼容性，支持标准 C 函数

在 C++11 中将 POD 划分为两个基本概念的合集，即∶平凡的（trivial）和标准布局的（standard layout ）。

一个平凡的类或者结构体应该符合以下几点要求：

1、拥有平凡的默认构造函数（trivial constructor）和析构函数（trivial destructor）。

平凡的默认构造函数就是说构造函数什么都不干。

通常情况下，不定义类的构造函数，编译器就会为我们生成一个平凡的默认构造函数。

// 使用默认的构造函数
class Test {};

一旦定义了构造函数，即使构造函数不包含参数，函数体里也没有任何的代码，那么该构造函数也不再是"平凡"的。

class Test1 
{
    Test1();    // 程序猿定义的构造函数, 非默认构造
};

关于析构函数也和上面列举的构造函数类似，一旦被定义就不平凡了。但是这也并非无药可救，使用=default 关键字可以显式地声明默认的构造函数，从而使得类型恢复“平凡化”。

2、拥有平凡的拷贝构造函数（trivial copy constructor）和移动构造函数（trivial move constructor）。

平凡的拷贝构造函数基本上等同于使用 memcpy 进行类型的构造。

同平凡的默认构造函数一样，不声明拷贝构造函数的话，编译器会帮程序员自动地生成。

可以显式地使用 = default 声明默认拷贝构造函数。

而平凡移动构造函数跟平凡的拷贝构造函数类似，只不过是用于移动语义。

3、拥有平凡的拷贝赋值运算符（trivial assignment operator）和移动赋值运算符（trivial move operator）。

这基本上与平凡的拷贝构造函数和平凡的移动构造函数类似。

4、不包含虚函数以及虚基类。

类中使用 virtual 关键字修饰的函数叫做虚函数

class Base 
{
public:
    Base() {}
    virtual void print() {}
};

虚基类是在创建子类的时候在继承的基类前加 virtual 关键字修饰

语法: 
class 派生类名：virtual 继承方式 基类名

示例代码：

class Base 
{
public:
    Base() {}
};
// 子类Child，虚基类：Base
class Child : virtual public Base
{
    Child() {}
};

那这有什么用处呢？

如果这个类是trivial ctor/dtor/copy/assignment函数，我们对这个类进行构造、析构、拷贝和赋值的时候可以采用最有效率的方法，不调用无所事事的那些ctor/dtor等，而直接采用内存操作如malloc()、memcpy()等提高性能，这也是SGI STL内部干的事情。

比如STL的copy算法最基本的想法是这样的：

// 非POD重载指针数值
template << / span > class T > void copy(T *source, T *destination, int n, __false_type)
{
    // 省略异常处理
    for (; n > 0; n--, source++, destination++)
    {
        // 调用source的拷贝构造函数
        constructor(source, *destination);
    }
}

// POD重载指针数值
template << / span > class T > void copy(T *source, T *destination, int n, __false_type)
{
    // 省略异常处理
    memmove(source, destination, n);
}

当然实际的copy比这个复杂多了，有非常多的特化等，这个只是其中一方面而已。