Нестатические элементы данных

 

C++

Поддержка компилятором

Автономные и размещённые реализации

Язык

Стандартная библиотека

Заголовки стандартной библиотеки

Требования к именованию

Макросы тестирования функциональности (C++20)

Поддержка языка

Библиотека концептов(C++20)

Библиотека метапрограммирования(C++11)

Библиотека диагностики

Библиотека общих утилит

Библиотека строк

Библиотека контейнеров

Библиотека итераторов

Библиотека диапазонов(C++20)

Библиотека алгоритмов

Библиотека численных данных

Библиотека ввода/вывода

Библиотека локализаций

Регулярные выражения(C++11)

Атомарные операции(C++11)

Библиотека поддержки конкуренции(C++11)

Библиотека файловой системы(C++17)

Технические спецификации

Указатель символов

Внешние библиотеки

 

Язык С++

 

Классы

Общее

Обзор

Типы class/struct

Типы union

Введённое имя класса

Элементы

Элементы данных

Статические элементы

Указатель this

Вложенные классы

Элементы шаблоны

Битовые поля

using-объявления

Функции-элементы

Спецификаторы доступа к элементам

Конструкторы и списки инициализаторов элементов

Инициализатор элемента по умолчанию(C++11)

Спецификатор friend

Спецификатор explicit

Конструктор преобразования

Специальные функции-элементы

Конструктор по умолчанию

Конструктор копирования

Конструктор перемещения(C++11)

Оператор присваивания копированием

Оператор присваивания перемещением(C++11)

Деструктор

Наследование

Базовый и производный классы

Оптимизация пустой базы (EBO)

Виртуальные функции-элементы

Чисто виртуальные функции и абстрактные классы

Спецификатор override(C++11)

Спецификатор final(C++11)

 

Нестатические элементы данных объявляются в спецификации элемента класса.

class S {int n;// нестатический элемент данныхint& r;// нестатический элемент данных ссылочного типаint a[2]={1, 2};// нестатический элемент данных с инициализатором элемента// по умолчанию (C++11)std::string s, *ps;// два нестатических элемента данныхstruct NestedS {std::string s;} d5;// нестатический элемент данных вложенного типаchar bit :2;// двухбитное битовое поле};

Разрешены любые простые объявления, кроме

• спецификаторы классов памяти extern и register не допускаются;

спецификатор класса памяти thread_local не разрешён (но разрешён для статических элементов данных);

(начиная с C++11)

• неполные типы, типы абстрактных классов и их массивы не допускаются: в частности, класс C не может иметь нестатический элемент данных типа C, хотя он может иметь нестатический элемент данных типа C& (ссылка на C) или C* (указатель на C);
• нестатический элемент данных не может иметь то же имя, что и имя класса, если присутствует хотя бы один объявленный пользователем конструктор;

a спецификатор типа заполнителя (например, auto, decltype(auto)(начиная с C++14), имя шаблона класса, подлежащее выводу(начиная с C++17), ограниченный заполнитель(начиная с C++20)) нельзя использовать в объявлении нестатического элемента данных (хотя это разрешено для статических элементов данных, которые инициализированы в определении класса).

(начиная с C++11)

Кроме того, разрешены объявления битовых полей.

Компоновка

Когда создаётся объект некоторого класса C, каждый нестатический элемент данных не ссылочного типа распределяется в некоторой части объектного представления C. Занимают ли ссылочные элементы какую-либо память, определяется реализацией, но их длительность хранения такая же, как у объекта, элементами которого они являются.

Для типов классов, отличных от union, элементы ненулевого размера(начиная с C++20), не разделённые спецификатором доступа(до C++11), с одинаковым доступом к элементу(начиная с C++11), всегда распределяются таким образом, чтобы элементы, объявленные позже, имели более высокие адреса внутри объекта класса. Элементы, разделённые спецификатором доступа(до C++11), с разным контролем доступа(начиная с C++11) распределяются в неопределенном порядке (компилятор может сгруппировать их вместе). Требования к выравниванию могут потребовать заполнения между элементами или после последнего элемента класса.

(до C++23)

Для типов классов, отличных от union, всегда выделяются элементы ненулевого размера, так что элементы, объявленные позже, имеют более высокие адреса внутри объекта класса. Обратите внимание, что контроль доступа к элементу по-прежнему влияет на свойство стандартной компоновки (смотрите ниже).

(начиная с C++23)

Стандартная компоновка

Класс считается стандартным и имеет свойства, описанные ниже, тогда и только тогда, когда он является классом POD.	(до C++11)
Класс, в котором все нестатические элементы данных имеют одинаковый контроль доступа и выполняются некоторые другие условия, называется классом стандартной компоновки (список требований смотрите в разделе класс со стандартным выравниванием).	(начиная с C++11)

Общая начальная последовательность двух стандартных классовых типов, не являющихся объединением, представляет собой самую длинную последовательность нестатических элементов данных и битовых полей в порядке объявления, начиная с первого такого объекта в каждом из классов, так что

либо оба объекта объявлены с атрибутом [[no_unique_address]], либо ни один из них,

(начиная с C++20)

• соответствующие объекты имеют совместимые по выравниванию типы,
• соответствующие объекты имеют одинаковые требования к выравниванию, и
• либо оба объекта являются битовыми полями одинаковой ширины, либо ни один из них не является битовым полем.

struct A {int a;char b;};struct B {constint b1;volatilechar b2;};// общая начальная последовательность A и B это A.a, A.b и B.b1, B.b2struct C {int c;unsigned:0;char b;};// общая начальная последовательность A и C это A.a и C.cstruct D {int d;char b :4;};// общая начальная последовательность A и D это A.a и D.dstruct E {unsignedint e;char b;};// общая начальная последовательность A и E пуста

Два типа класса не объединения со стандартной компоновкой называются совместимыми по компоновке, если они относятся к одному типу, игнорируя cv-квалификаторы, если таковые есть, совместимы по компоновке перечислений (то есть перечисления с одним и тем же базовым типом), или если их общая начальная последовательность состоит из нестатических элементов данных и битовых полей (в приведённом выше примере, A и B совместимы по компоновке)

Два объединения со стандартной компоновкой называются совместимыми-по-компоновке, если они имеют одинаковое количество нестатических элементов данных, а соответствующие нестатические элементы данных (в любом порядке) имеют типы, совместимые с компоновкой.

Стандартные типы компоновок обладают следующими особыми свойствами:

• В объединении стандартной компоновки с активным элементом типа класса не объединения T1, разрешено читать нестатический элемент данных m другого элемента объединения, не являющегося типом класса объединения T2 при условии, что m является частью общей начальной последовательности T1 и T2 (за исключением того, что чтение volatile элемента через не volatile glvalue не определено).

• Указатель на объект типа класса стандартной компоновки может быть reinterpret_cast в указатель на его первый нестатический элемент данных, не являющийся битовым полем (если он имеет нестатические элементы данных), или на любой другой подобъект его базового класса (если есть), и наоборот. Другими словами, заполнение не допускается перед первым элементом данных стандартного типа компоновки. Обратите внимание, что правила строгого псевдонима по-прежнему применяются к результату такого приведения.
• Макрос offsetof может использоваться для определения смещения любого элемента от начала класса стандартной компоновки.

Инициализация элемента

Нестатические элементы данных могут быть инициализированы одним из двух способов:

1) В списке инициализаторов элементов конструктора.

struct S {int n;std::string s; S(): n(7){}// прямая инициализация n, инициализация по умолчанию s   };

2) Через инициализатор элемента по умолчанию, который является фигурными скобками или равен инициализатору, включенному в объявление элемента, и используется, если этот элемент пропущен в списке инициализаторов элементов конструктора. struct S {int n =7;std::string s{'a', 'b', 'c'}; S(){}// инициализатор элемента по умолчанию будет инициализировать копией n,// инициализировать списком s   }; Если элемент имеет инициализатор элемента по умолчанию и также появляется в списке инициализации элементов в конструкторе, инициализатор элемента по умолчанию игнорируется для этого конструктора. Запустить этот код #include <iostream>   int x =0;struct S {int n =++x; S(){}// использует инициализатор элемента по умолчанию S(int arg): n(arg){}// использует инициализатор элемента};   int main(){std::cout<< x <<'\n';// печатает 0 S s1;// инициализатор по умолчанию выполненstd::cout<< x <<'\n';// печатает 1 S s2(7);// инициализатор по умолчанию не выполненstd::cout<< x <<'\n';// печатает 1} Инициализаторы элементов по умолчанию не разрешены для элементов битовых полей. (до C++20) Элементы типа массива не могут определить свой размер из инициализаторов элементов: struct X {int a[]={1,2,3};// ошибкаint b[3]={1,2,3};// OK}; Инициализаторам элементов по умолчанию не разрешается вызывать неявное определение заданного по умолчанию конструктора по умолчанию для включающего класса или спецификацию исключения этого конструктора : struct node { node* p = new node;// ошибка: использование неявного или заданного по умолчанию// node::node()}; Ссылочные элементы не могут быть привязаны к временным элементам в инициализаторе элементов по умолчанию (примечание; то же правило существует для списков инициализаторов элементов): struct A { A()=default;// OK A(int v): v(v){}// OKconstint& v =42;// OK}; A a1;// ошибка: неверно сформированная привязка временного объекта к ссылке A a2(1);// OK (инициализатор элемента по умолчанию игнорируется, поскольку v появляется// в конструкторе)// однако a2.v это висячая ссылка

(начиная с C++11)

Если элемент ссылка инициализируется из его инициализатора элемента по умолчанию(до C++20)элемент имеет инициализатор элемента по умолчанию(начиная с C++20) и его потенциально оцениваемое подвыражение представляет собой агрегатную инициализацию, которая будет использовать этот инициализатор элемента по умолчанию, программа некорректна: struct A;extern A a;struct A {const A& a1{ A{a, a}};// OKconst A& a2{ A{}};// ошибка}; A a{a, a};// OK

(начиная с C++17)

Применение

Имя нестатического элемента данных или нестатической функции элемента может появляться только в следующих трёх ситуациях:

1) Как часть выражения доступа к элементу класса, в котором класс либо имеет этот элемент, либо является производным от класса, имеющего этот элемент, включая неявные выражения доступа к элементу this->, которые появляются, когда имя нестатического элемента используется в любом из контекстов, где this разрешён (внутри тел функций-элементов, в списках инициализаторов элементов, в инициализаторах элементов по умолчанию внутри класса).

struct S {int m;int n;int x = m;// OK: неявный this-> разрешён в инициализаторах// по умолчанию (C++11) S(int i): m(i), n(m)// OK: неявный this-> разрешён в списках// инициализаторов элементов{ this->f();// явное выражение доступа к элементу f();// неявный this-> разрешён в телах функций-элементов}void f();};

2) Чтобы сформировать указатель на нестатический элемент.

struct S {int m;void f();};int S::*p =&S::m;// OK: использование m для создания указателя на элементvoid(S::*fp)()=&S::f;// OK: использование f для создания указателя на элемент

3) (только для элементов данных, не функций-элементов) При использовании в неполных операндах.

struct S {int m;staticconststd::size_t sz = sizeof m;// OK: m в неполном операнде};   std::size_t j = sizeof(S::m+42);// OK: хотя для m не существует объекта "this"

Примечания: такое использование разрешено посредством решения CWG проблема 613 в N2253, которая рассматривается некоторыми компиляторами как изменение в C++11 (например clang).

Примечание

Макрос тест функциональности	Значение	Стандарт	Комментарий
__cpp_nsdmi	200809L	(C++11)	Инициализаторы нестатических элементов данных
__cpp_aggregate_nsdmi	201304L	(C++14)	Агрегатные классы с инициализаторами элементов по умолчанию

Отчёты о дефектах

Следующие изменения поведения были применены с обратной силой к ранее опубликованным стандартам C++:

Номер	Применён	Поведение в стандарте	Корректное поведение
CWG 80	C++98	все элементы данных не могут иметь то же имя , что и имя класса (нарушает совместимость с C)	разрешено нестатическим элементам данных совместно использовать имя класса, если нет объявленного пользователем конструктора
CWG 190	C++98	при определении совместимости компоновки учитывались все элементы	рассматриваются только нестатические элементы данных
CWG 613	C++98	неполное использование нестатических элементов данных не допускается	такое использование разрешено
CWG 645	C++98	не было указано, совместимы ли с выравниванием элементы битового поля и не битового поля	не совместимое выравнивание
CWG 1397	C++11	класс считался завершённым в инициализаторах элементов по умолчанию	инициализация элемента по умолчанию не может вызвать определение конструктора по умолчанию
CWG 1425	C++98	было неясно, имеет ли объект со стандартным выравниванием тот же адрес, что и первый нестатический элемент данных или первый подобъект базового класса	нестатический элемент данных, если он присутствует, в противном случае подобъект базового класса, если он присутствует
CWG 1696	C++98	ссылочные элементы могут быть инициализированы временными определениями (время жизни которых закончится в конце конструктора)	такая инициализация не корректна
CWG 1719	C++98	не так cv-квалифицированные типы не были совместимы с компоновкой	cv-квалификация игнорируется, спецификация улучшена
CWG 2254	C++11	указатель на класс со стандартной компоновкой без элементов данных может быть reinterpret_cast в его первый базовый класс	может быть reinterpret_cast в любой из его базовых классов

Смотрите также

классы
статические элементы
нестатические функции-элементы
is_standard_layout (C++11)	проверяет, является ли тип типом со стандартной компоновкой (шаблон класса)
offsetof	смещение в байтах от начала типа со стандартной компоновкой до указанного элемента (функция-макрос)