深入剖析struct与class

谈到struct和class的区别，我们的第一反应就是struct也可以和class一样拥有多态，继承的特性，最大的不同只是他们的默认权限不同，struct默认访问权限是public,class默认权限是private,但其实还有一点：memory layout可能不同。

struct(没有使用虚函数)的数据成员声明顺序和这些数据成员在内存中的offset一定是一致的。而class只有在POD原则(Plain Old Data)下才与struct的memory layout一致。

那么问题来了什么是满足POD原则的class?

POD数据类型

概念

POD数据类型主要用来解决C++与C之间数据类型的兼容性，以实现C++程序与C函数的交互。

• POD类型（plain old data)，与C兼容的原始数据，例如，结构体和整型等C语言中的类型是POD类型，而带有用户自定义的构造函数或虚函数的类则不是（指针类型也是POD类型）
  • string t_obj1(“cppcourase”); //错误，不能调用对象的构造函数
  • string* t_obj2 = new string; //错误，初始化只能是编译期常量
  • string* t_obj3 = NULL; //正确

什么情况下满足POD原则

C++11中把POD分为了两个基本概念的集合，即：平凡的（trival）和标准布局的（standard layout）。只有满足这两个基本概念才能称为是POD类型。

• 拥有平凡的默认构造函数（trivial constructor）和析构函数（trivial destructor）
• 拥有平凡的复制构造函数（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）
• 不能包含虚拟函数和虚拟基类

trivial指由编译器默认提供的，而不是用户自定义的

一个standard layout的class或者struct应该符合以下定义：

• 没有 non-standard-layout类型（或这些类型的数组）和引用的非静态数据成员
• 没有虚函数和虚基类
• 非静态数据成员的访问控制必须是相同的
• 没有non-standard-layout的基类
• 在class或者struct继承时，满足以下两种情况之一的class或者struct也是标准布局的：
  • 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
• 相同基类类型的非静态数据成员不能作为第一个成员

示例：

// 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