C++11 非受限联合体

【1】受限联合体

一个联合体内，可以定义多种不同数据类型的成员，这些数据成员将会共享相同内存空间，在一些需要复用内存的情况下，可以达到节省空间的目的。

不过，根据C++98标准，并不是所有的数据类型都能够成为联合体的数据成员。如下代码：

1 struct Student
 2 { 
 3     Student(bool g, int a) : gender(g), age(a) {} 
 4     
 5     bool gender;
 6     int age;
 7 };
 8 
 9 union T
10 {
11     Student s; // 编译失败，Student不是一个POD类型 
12     int id; 
13     char name[10]; 
14 };

声明了一个Student的类型。根据之前POD类型的知识，由于Student自定义了一个构造函数，所以该类型是非POD类型的。

在C++98标准中，union T是无法通过编译的。事实上，除了非POD类型之外，C++98标准也不允许联合体拥有静态或引用类型的成员。

这样虽然可能在一定程度上保证了和C的兼容性，不过也为联合体的使用带来了很大的限制。

【2】非受限联合体

在C++11标准中，取消了联合体对于数据成员类型的限制。

标准规定，任何非引用类型都可以成为联合体的数据成员，而这样的联合体即所谓非受限联合体（Unrestricted Union）。

（1）非受限联合体中的静态成员（静态成员变量和静态成员函数）

联合体拥有静态成员（在非匿名联合体中）的限制，也在C++11新标准中被删除了。

不过从实践中，发现C++11的规则不允许静态成员变量的存在（否则所有该类型的联合体将共享一个值）。

而静态成员函数存在的唯一作用，大概就是为了返回一个常数，如下示例：

1 #include <iostream> 
 2 using namespace std;
 3 
 4 union T
 5 { 
 6     static long Get() { return 2020; }
 7 };
 8 
 9 int main()
10 { 
11     cout << T::Get() << endl; // 2020
12 }

定义了一个有静态成员函数的联合体，不过看起来这里的union T更像是一个作用域限制符，并没有太大的实用意义。

（2）非受限联合体的初始化

C++98标准规定，联合体会自动对未在初始化成员列表中出现的成员赋默认初值。

然而对于联合体而言，这种初始化常常会带来疑问，因为在任何时刻只有一个成员可以是有效的。如下示例：

1 union T 
2 { 
3     int x;
4     double d;
5     char b[sizeof(double)];
6 }; 
7 
8 T t = { 0 }; // 到底是初始化第一个成员还是所有成员呢?

使用了花括号组成的初始化列表，试图将成员变量x初始化为零，即整个联合体的数据t中低位的4字节被初始化为0，然而实际上，t所占的8个字节将全部被置0。

而在C++11中，为了减少这样的疑问，标准会默认删除一些非受限联合体的默认函数。

比如，非受限联合体有一个非POD的成员，而该非POD成员类型拥有非平凡的构造函数，那么非受限联合体成员的默认构造函数将被编译器删除。

其他的特殊成员函数，例如默认拷贝构造函数、拷贝赋值操作符以及析构函数等，也将遵从此规则。

如下示例：

1 #include <string>
 2 using namespace std; 
 3 
 4 union T
 5 { 
 6     string s; // string有非平凡的构造函数 
 7     int n;
 8 }; 
 9 
10 int main()
11 { 
12     T t; // 构造失败，因为T的构造函数被删除; ERROR:尝试引用已删除的函数
13 }

联合体T拥有一个非POD的成员变量s。而string却有非平凡的构造函数，因此T的构造函数被删除，其类型的变量t也就无法声明成功。

解决这个问题的办法：由程序员自己为非受限联合体定义构造函数。通常情况下，placement new会发挥很好的作用，改为如下：

1 #include <string>
 2 using namespace std; 
 3 
 4 union T
 5 { 
 6     string s; // string有非平凡的构造函数 
 7     int n;
 8 public:
 9     T() { new (&s) string; }  // 自定义构造函数
10     ~T() { s.~string(); }     // 自定义析构函数
11 }; 
12 
13 int main()
14 { 
15     T t; // 编译通过
16 }

自定义了union T的构造和析构函数。构造时，采用placement new将s构造在其地址&s上。这里placement new的唯一作用只是调用了一下string的构造函数。

而在析构时，又调用了string的析构函数。

必须注意的是，析构的时候union T也必须是一个string对象，否则可能导致析构的错误（或者让析构函数为空，至少不会造成运行时错误）。

这样一来，变量t的声明就可以通过编译。

【3】匿名非受限联合体

匿名非受限联合体可以运用于类的声明中，这样的类也称为“枚举式的类”。如下示例：

1 #include <string>
 2 #include <iostream>
 3 using namespace std;
 4 
 5 struct Student
 6 {
 7     Student(bool g, int a) : gender(g), age(a) {}
 8 
 9     bool gender;
10     int age;
11 };
12 
13 class Singer
14 {
15 public:
16     enum Type { STUDENT, NATIVE, FOREIGNER };
17     Singer(bool g, int a) : s(g, a)
18     {
19         t = STUDENT;
20     }
21     Singer(int i) : id(i) 
22     {
23         t = NATIVE;
24     }
25     Singer(const char* n, int s)
26     {
27         int size = (s > 9) ? 9 : s;
28         memcpy(name, n, size);
29         name[s] = '\0';
30         t = FOREIGNER;
31     }
32     ~Singer() {}
33     void print()
34     {
35         switch (t)
36         {
37         case STUDENT:
38             cout << "s.gender: " << s.gender << endl;
39             cout << "s.age: " << s.age << endl;
40             break;
41         case NATIVE:
42             cout << "id: " << id << endl;
43             break;
44         case FOREIGNER:
45             cout << "name: " << name << endl;
46             break;
47         default:
48             break;
49         }
50     }
51 private:
52     Type t;
53     union
54     {
55         Student s;
56         int id;
57         char name[10];
58     };
59 };
60 
61 int main()
62 {
63     Singer objSer1(true, 13);
64     objSer1.print();
65 
66     Singer objSer2(20200129);
67     objSer2.print();
68 
69     Singer objSer3("kaizenliu", 9);
70     objSer3.print();
71 
72     system("pause");
73 }
74 
75 /*运行结果
76 s.gender: 1
77 s.age: 13
78 id: 20200129
79 name: kaizenliu
80 */

把匿名非受限联合体成为类Singer的“变长成员”（variant member）。可以看到，这样的变长成员给类的编写带来了更大的灵活性。

good good study, day day up.

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原文链接: https://www.cnblogs.com/Braveliu/p/12240487.html

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