走进C++11（三）“类” 类型的union

Union其实是不想介绍的一个关键字，因为union的功能即将被C++17标准中的variant所代替，而且variant更加安全。但是还是要在这里介绍一下。

 

union（联合体）和struct相似，也可以包含多个数据成员，但是不同的是同时只允许一个成员有效，因此经常作为作为节约空间的类使用。

 

C++11中union除了继承c语言的数据共享内存之外，行为上越来越像一个类，比如成员默认是public类型。

 

在C++11以后，很多基础语法都进行了修正。其中 union 的行为向类对象进行了发展，在兼容原有语法定义的基础上进行了扩充：

 

• 联合体可拥有成员函数（包含构造函数和析构函数），但不能有虚函数。

• 联合体不能有基类且不能用作基类。

• 联合体不能拥有引用类型的非静态数据成员。

 

联合体不能含有带非平凡特殊成员函数（复制构造函数、复制赋值运算符或析构函数）的非静态数据成员。(C++11 前)

若联合体含有带非平凡特殊成员函数（复制/移动构造函数，复制/移动赋值，或析构函数）的非静态数据成员，则联合体中的该函数默认被弃置，且需要程序员显式定义它。若联合体含有带非平凡默认构造函数的非静态数据成员，则该联合体的默认构造函数默认被弃置，除非联合体的变体成员拥有一个默认成员初始化器。至多一个变体成员可以拥有默认成员初始化器。(C++11 起）

 

这些说明都很难懂，举两个小例子：

 

struct Point{  Point() {}  Point(int x, int y): x_(x), y_(y) {}  int x_, y_;};union U{  int z;  double w;  Point p; // 在C++03中是不合法（point有一non-trivial建構式），但是在C++11是合法的  U() {} // 由于 Point 成员的存在，必须要定义一个构造函数  U(const Point& pt) : p(pt) {} // 通过初始化列表构造 Point 对象  U& operator=(const Point& pt) { new (&p) Point(pt); return *this; } // 通过原地new方式赋值构造Point对象};

 

#include <iostream>#include <string>#include <vector>union S{    std::string str;    std::vector<int> vec;    ~S() {} // 需要知道哪个成员活跃，仅在联合体式的类中可行};          // 整个联合体占有 max(sizeof(string), sizeof(vector<int>)) 的内存int main(){    S s = {"Hello, world"};    // 在此点，从 s.vec 读取是未定义行为    std::cout << "s.str = " << s.str << '\n';    s.str.~basic_string();    new (&s.vec) std::vector<int>;    // 现在，s.vec 是联合体的活跃成员    s.vec.push_back(10);    std::cout << s.vec.size() << '\n';    s.vec.~vector();}

输出：

 

s.str = Hello, world1

 

需要注意的是

联合体的默认成员访问是 public。

 

解释

 

联合体的大小仅足以保有其最大的数据成员。其他数据成员分配于该最大成员的一部分相同的字节。分配的细节是实现定义的，且从并非最近写入的联合体成员进行读取是未定义行为。许多编译器作为非标准语言扩展，实现读取联合体的不活跃成员的能力。

 

#include <iostream>#include <cstdint>union S{    std::int32_t n;     // 占用 4 字节    std::uint16_t s[2]; // 占用 4 字节    std::uint8_t c;     // 占用 1 字节};                      // 整个联合体占用 4 字节int main(){    S s = {0x12345678}; // 初始化首个成员，s.n 现在是活跃成员    // 于此点，从 s.s 或 s.c 读取是未定义行为    std::cout << std::hex << "s.n = " << s.n << '\n';    s.s[0] = 0x0011; // s.s 现在是活跃成员    // 在此点，从 n 或 c 读取是 UB 但大多数编译器都对其有定义    std::cout << "s.c is now " << +s.c << '\n' // 11 或 00，取决于平台              << "s.n is now " << s.n << '\n'; // 12340011 或 00115678}

 

可能的输出：

 

s.n = 12345678s.c is now 0s.n is now 115678

 

各个成员都如同它是类的仅有成员一样进行分配。

 

可以看出，使用union存在着一些隐患，这是由于union虽然能节约空间。但是它没有类型信息。

 

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