C++11非受限联合体的使用

目录

• 1. C++11 允许非 POD 类型
• 2. C++11 允许联合体有静态成员
• 非受限联合体的赋值注意事项
• 非受限联合体的匿名声明和“枚举式类”

在 C/C++ 中，联合体（Union）是一种构造数据类型。在一个联合体内，我们可以定义多个不同类型的成员，这些成员将会共享同一块内存空间。老版本的 C++ 为了和C语言保持兼容，对联合体的数据成员的类型进行了很大程度的限制，这些限制在今天看来并没有必要，因此 C++11 取消了这些限制。

C++11 标准规定，任何非引用类型都可以成为联合体的数据成员，这种联合体也被称为非受限联合体。例如：

class Student{
public:
    Student(bool g, int a): gender(g), age(a) {}
private:
    bool gender;
    int age;
};
union T{
    Student s;  // 含有非POD类型的成员，gcc-5.1.0  版本报错
    char name[10];
};
int main(){
    return 0;
}

上面的代码中，因为 Student 类带有自定义的构造函数，所以是一个非 POD 类型的，这导致编译器报错。这种规定只是 C++ 为了兼容C语言而制定，然而在长期的编程实践中发现，这种规定是没有必要的。
关于 POD 类型稍后我们会讲解，大家先不要着急。

接下来，我们具体看一下 C++11 对 C++98 的改进。

1. C++11 允许非 POD 类型

C++98 不允许联合体的成员是非 POD 类型，但是 C++1 1 取消了这种限制。

POD 是 C++ 中一个比较重要的概念，在这里我们做一个简单介绍。POD 是英文 Plain Old Data 的缩写，用来描述一个类型的属性。

POD 类型一般具有以下几种特征（包括 class、union 和 struct等）：

1) 没有用户自定义的构造函数、析构函数、拷贝构造函数和移动构造函数。

2) 不能包含虚函数和虚基类。

3) 非静态成员必须声明为 public。

4) 类中的第一个非静态成员的类型与其基类不同，例如：

class B1{};
class B2 : B1 { B1 b; };

class B2 的第一个非静态成员 b 是基类类型，所以它不是 POD 类型。

5) 在类或者结构体继承时，满足以下两种情况之一：
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。

我们来看具体的例子：

class B1 { static int n; };
class B2 : B1 { int n1; };
class B3 : B2 { static int n2; };

对于 B2，派生类 B2 中有非静态成员，且只有一个仅包含静态成员的基类 B1，所以它是 POD 类型。对于 B3，基类 B2 有非静态成员，而派生类 B3 没有非静态成员，所以它也是 POD 类型。

6) 所有非静态数据成员均和其基类也符合上述规则（递归定义），也就是说 POD 类型不能包含非 POD 类型的数据。

7) 此外，所有兼容C语言的数据类型都是 POD 类型（struct、union 等不能违背上述规则）。

2. C++11 允许联合体有静态成员

C++11 删除了联合体不允许拥有静态成员的限制。例如：

union U {
    static int func() {
        int n = 3;
        return n;
    }
};

需要注意的是，静态成员变量只能在联合体内定义，却不能在联合体外使用，这使得该规则很没用。

非受限联合体的赋值注意事项

C++11 规定，如果非受限联合体内有一个非 POD 的成员，而该成员拥有自定义的构造函数，那么这个非受限联合体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，也将被删除。

这条规则可能导致对象构造失败，请看下面的例子：

#include <string>
using namespace std;
union U {
    string s;
    int n;
};
int main() {
    U u;   // 构造失败，因为 U 的构造函数被删除
    return 0;
}

在上面的例子中，因为 string 类拥有自定义的构造函数，所以 U 的构造函数被删除；定义 U 的类型变量 u 需要调用默认构造函数，所以 u 也就无法定义成功。

解决上面问题的一般需要用到 placement new（稍后会讲解这个概念），代码如下：

#include <string>
using namespace std;
union U {
    string s;
    int n;
public:
    U() { new(&s) string; }
    ~U() { s.~string(); }
};
int main() {
    U u;
    return 0;
}

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 类的构造函数。注意，在析构时还需要调用 string 类的析构函数。

placement new 是什么？

placement new 是 new 关键字的一种进阶用法，既可以在栈（stack）上生成对象，也可以在堆（heap）上生成对象。相对应地，我们把常见的 new 的用法称为 operator new，它只能在 heap 上生成对象。

placement new 的语法格式如下：

new(address) ClassConstruct(...)

address 表示已有内存的地址，该内存可以在栈上，也可以在堆上；ClassConstruct(...) 表示调用类的构造函数，如果构造函数没有参数，也可以省略括号。

placement new 利用已经申请好的内存来生成对象，它不再为对象分配新的内存，而是将对象数据放在 address 指定的内存中。在本例中，placement new 使用的是 s 的内存空间。

非受限联合体的匿名声明和“枚举式类”

匿名联合体是指不具名的联合体（也即没有名字的联合体），一般定义如下：

union U{
    union { int x; };  //此联合体为匿名联合体
};

可以看到，联合体 U 内定义了一个不具名的联合体，该联合体包含一个 int 类型的成员变量，我们称这个联合体为匿名联合体。

同样的，非受限联合体也可以匿名，而当非受限的匿名联合体运用于类的声明时，这样的类被称为“枚举式类”。示例如下：

#include <cstring>
using namespace std;
class Student{
public:
    Student(bool g, int a): gender(g), age(a){}
    bool gender;
    int age;
};
class Singer {
public:
    enum Type { STUDENT, NATIVE, FOREIGENR };
    Singer(bool g, int a) : s(g, a) { t = STUDENT; }
    Singer(int i) : id(i) { t = NATIVE; }
    Singer(const char* n, int s) {
        int size = (s > 9) ? 9 : s;
        memcpy(name , n, size);
        name[s] = '\0';
        t = FOREIGENR;
    }
    ~Singer(){}
private:
    Type t;
    union {
        Student s;
        int id;
        char name[10];
    };
};
int main() {
    Singer(true, 13);
    Singer(310217);
    Singer("J Michael", 9);
    return 0;
}

上面的代码中使用了一个匿名非受限联合体，它作为类 Singer 的“变长成员”来使用，这样的变长成员给类的编写带来了更大的灵活性，这是 C++98 标准中无法达到的（编译器会报member 'Student Singer::<anonymous union>::s' with constructor not allowed in union错误）。

到此这篇关于C++11非受限联合体的使用的文章就介绍到这了,更多相关C++11非受限联合体内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！