【译】C++ POD的理解（1）：aggregates

2024-03-21 22:10:40

在阅读《深入理解C++11》时对POD的理解有些疑惑，stack overflow上有一篇高分回答写得非常棒，现在我把它翻译一遍加深一下自己的理解（原文）：

如何阅读这篇文章

这篇文章有点长，如果你想同时了解aggregates和PODs（Plain Old Date），就请花点时间把这篇文章读完。如果你仅仅对aggregates感兴趣，则只需阅读第一部分就好。如果你只对PODs感兴趣，你必须首先搞清楚aggregates的定义、含义和示例，然后你就可以跳到PODs部分阅读，但我依然建议还是把第一部分阅读完毕。Aggregates的概念对于定义PODs来说是必不可少的。

什么是aggregates以及它的特殊性

在C++标准中的正式定义（C++03 8.5.1 §1）：

Aggregate是一个数组或者是一个没有用户定义的构造函数、没有private和protected的非静态成员变量、没有基类和虚函数的类。

让我们来解析一下这个定义。首先，任何数组都是一个aggregate类型。一个类如果满足以下条件也可以是aggregate类型。。。等待，我们好像忘记说结构体和联合体，它们可以成为aggregate类型吗？答案是他们也可以成为aggregate类型。在C++中，class术语指的是所有的类、结构体和联合体。所以说，一个类（或者结构体，或者联合体）满足上述定义的条件时，就是aggregate类型的。这些条件意味着什么？

这并不意味着aggregate类不能拥有构造函数，事实上它可以拥有默认的构造函数和/或赋值构造函数，只要它们是编译器隐式声明，而不是用户显示声明；
没有private和protected的非静态成员变量，你可以定义很多private和protected的成员函数（构造函数除外）和private和protected的静态成员变量，这都不违背aggregate的规则；
aggregate类可以拥有用户声明/用户定义的赋值操作和/或析构函数；
数组都是aggregate类型，即便数组元素是非aggregate类型。
现在让我们来看一些例子：

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
};

你已经明白了aggregates的含义。现在让我们来看下aggregates有什么特别之处。与非aggregate类不同的是，aggregates类型可以用{}进行初始化。这种初始化语法通常被用于数组，但我们现在了解到的是aggregates。所以让我们先从数组开始：

Type array_name[n] = {a1, a2, …, am};

如果 m==n
第i个元素用a_i初始化；
如果 m<n
前m个元素分别用a₁、a₂、a₃... a_m；剩余n-m个元素如果可能的话会用值初始化（后面会解释这个名词）；
如果 m>n
编译器将报出一个错误；
其余的情况如a[] = {1,2,3};
会假设数组(n)的大小为m，因此int a[] = {1,2,3}; 等同于a[3] = {1,2,3};

当一个对象是标量类型（bool, int, char, double, 指针等）时，它的值初始化指得是用0进行初始化（bool类型值为false，double类型值为0等）。

数组初始化的例子：

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没有默认构造函数，不可以用值初始化a2[1]和a2[2]
  B b1[3] = {B()}; //OK， b1[1] and b1[2]用值初始化，在这个例子中用的默认构造函数
  int Array1[1000] = {0}; //所有的元素都被初始化为0
  int Array2[1000] = {1}; //只有第1个元素初始化为1，其余的元素都初始化为0
  bool Array3[1000] = {}; //大括号可以为空，所有元素初始化为false
  int Array4[1000]; //没有初始化，这和空初始化{}不同
  //在这个例子中元素没有值初始化，拥有不确定的值
  //(除非Array4是一个全局数组)
  int array[2] = {1, 2, 3, 4}; //ERROR，太多元素被初始化
}

现在让我们看下如何使用打括号初始化aggregates类。与上述大致相同。我们将按照非静态数据成员在类定义中的出现顺序初始化它们，而不是数组元素(根据定义，它们都是公共的)。如果需要初始化的比成员变量少，那么其他元素都是进行值初始化。如果无法对未进行显式初始化的某个成员变量进行值初始化，则在编译时会遇到错误。如果初始化成员变量的数量超过所需的数量，我们还是会在编译的时候遇到错误。

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}};

在上述例子中y.c被初始化为'a'，y.x.i1为10，y.x.i2为20，y.i[0]为20，y.i[1]为30，y.f则被值初始化，即被初始化为0.0。protected的static类型的成员变量没有被初始化。

Aggregate联合体则不同，只有第一个成员变量可以用大括号进行初始化。我认为，如果您在c++方面高级到可以考虑使用union(它们的使用可能非常危险，必须仔细考虑)的地步，那么您可以自己在标准中查找union的规则:-)。

现在我们已经知道了aggregates类型的特殊之处，现在我们尝试理解一下它对类型的限制，也就是说为什么会有这些限制。我们应该理解，带大括号的成员初始化意味着类只不过是其成员变量的集合。如果用户定义了构造函数，这意味着徐虎需要在初始化成员变量时需要做额外的工作，所以使用大括号初始化会出错。如果存在虚函数，则意味着该类的对象有一个叫做虚函数表的指针（在大多数实现当中），该指针会在构造函数中进行设置，因此使用大括号初始化是不够的。作为练习，你可以用这种方法理解其他条件限制的含义:-)。

未完待续。。。

码农公寓

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什么是aggregates以及它的特殊性

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