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C++11非受限聯(lián)合體的使用

 更新時(shí)間:2022年01月25日 10:03:20   投稿:zx  
本文主要介紹了C++11非受限聯(lián)合體的使用,文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

在 C/C++ 中,聯(lián)合體(Union)是一種構(gòu)造數(shù)據(jù)類(lèi)型。在一個(gè)聯(lián)合體內(nèi),我們可以定義多個(gè)不同類(lèi)型的成員,這些成員將會(huì)共享同一塊內(nèi)存空間。老版本的 C++ 為了和C語(yǔ)言保持兼容,對(duì)聯(lián)合體的數(shù)據(jù)成員的類(lèi)型進(jìn)行了很大程度的限制,這些限制在今天看來(lái)并沒(méi)有必要,因此 C++11 取消了這些限制。

C++11 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,任何非引用類(lèi)型都可以成為聯(lián)合體的數(shù)據(jù)成員,這種聯(lián)合體也被稱(chēng)為非受限聯(lián)合體。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類(lèi)型的成員,gcc-5.1.0 ?版本報(bào)錯(cuò)
? ? char name[10];
};
int main(){
? ? return 0;
}

上面的代碼中,因?yàn)?Student 類(lèi)帶有自定義的構(gòu)造函數(shù),所以是一個(gè)非 POD 類(lèi)型的,這導(dǎo)致編譯器報(bào)錯(cuò)。這種規(guī)定只是 C++ 為了兼容C語(yǔ)言而制定,然而在長(zhǎng)期的編程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),這種規(guī)定是沒(méi)有必要的。
關(guān)于 POD 類(lèi)型稍后我們會(huì)講解,大家先不要著急。

接下來(lái),我們具體看一下 C++11 對(duì) C++98 的改進(jìn)。

1. C++11 允許非 POD 類(lèi)型

C++98 不允許聯(lián)合體的成員是非 POD 類(lèi)型,但是 C++1 1 取消了這種限制。

POD 是 C++ 中一個(gè)比較重要的概念,在這里我們做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。POD 是英文 Plain Old Data 的縮寫(xiě),用來(lái)描述一個(gè)類(lèi)型的屬性。

POD 類(lèi)型一般具有以下幾種特征(包括 class、union 和 struct等):

1) 沒(méi)有用戶(hù)自定義的構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)。

2) 不能包含虛函數(shù)和虛基類(lèi)。

3) 非靜態(tài)成員必須聲明為 public。

4) 類(lèi)中的第一個(gè)非靜態(tài)成員的類(lèi)型與其基類(lèi)不同,例如:

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

class B2 的第一個(gè)非靜態(tài)成員 b 是基類(lèi)類(lèi)型,所以它不是 POD 類(lèi)型。

5) 在類(lèi)或者結(jié)構(gòu)體繼承時(shí),滿(mǎn)足以下兩種情況之一:
派生類(lèi)中有非靜態(tài)成員,且只有一個(gè)僅包含靜態(tài)成員的基類(lèi);
基類(lèi)有非靜態(tài)成員,而派生類(lèi)沒(méi)有非靜態(tài)成員。

我們來(lái)看具體的例子:

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

對(duì)于 B2,派生類(lèi) B2 中有非靜態(tài)成員,且只有一個(gè)僅包含靜態(tài)成員的基類(lèi) B1,所以它是 POD 類(lèi)型。對(duì)于 B3,基類(lèi) B2 有非靜態(tài)成員,而派生類(lèi) B3 沒(méi)有非靜態(tài)成員,所以它也是 POD 類(lèi)型。

6) 所有非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員均和其基類(lèi)也符合上述規(guī)則(遞歸定義),也就是說(shuō) POD 類(lèi)型不能包含非 POD 類(lèi)型的數(shù)據(jù)。

7) 此外,所有兼容C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類(lèi)型都是 POD 類(lèi)型(struct、union 等不能違背上述規(guī)則)。

2. C++11 允許聯(lián)合體有靜態(tài)成員

C++11 刪除了聯(lián)合體不允許擁有靜態(tài)成員的限制。例如:

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

需要注意的是,靜態(tài)成員變量只能在聯(lián)合體內(nèi)定義,卻不能在聯(lián)合體外使用,這使得該規(guī)則很沒(méi)用。

非受限聯(lián)合體的賦值注意事項(xiàng)

C++11 規(guī)定,如果非受限聯(lián)合體內(nèi)有一個(gè)非 POD 的成員,而該成員擁有自定義的構(gòu)造函數(shù),那么這個(gè)非受限聯(lián)合體的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)將被編譯器刪除;其他的特殊成員函數(shù),例如默認(rèn)拷貝構(gòu)造函數(shù)、拷貝賦值操作符以及析構(gòu)函數(shù)等,也將被刪除。

這條規(guī)則可能導(dǎo)致對(duì)象構(gòu)造失敗,請(qǐng)看下面的例子:

#include <string>
using namespace std;
union U {
? ? string s;
? ? int n;
};
int main() {
? ? U u; ? // 構(gòu)造失敗,因?yàn)?U 的構(gòu)造函數(shù)被刪除
? ? return 0;
}

在上面的例子中,因?yàn)?string 類(lèi)擁有自定義的構(gòu)造函數(shù),所以 U 的構(gòu)造函數(shù)被刪除;定義 U 的類(lèi)型變量 u 需要調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù),所以 u 也就無(wú)法定義成功。

解決上面問(wèn)題的一般需要用到 placement new(稍后會(huì)講解這個(gè)概念),代碼如下:

#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;
}

構(gòu)造時(shí),采用 placement new 將 s 構(gòu)造在其地址 &s 上,這里 placement new 的唯一作用只是調(diào)用了一下 string 類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)。注意,在析構(gòu)時(shí)還需要調(diào)用 string 類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)。

placement new 是什么?

placement new 是 new 關(guān)鍵字的一種進(jìn)階用法,既可以在棧(stack)上生成對(duì)象,也可以在堆(heap)上生成對(duì)象。相對(duì)應(yīng)地,我們把常見(jiàn)的 new 的用法稱(chēng)為 operator new,它只能在 heap 上生成對(duì)象。

placement new 的語(yǔ)法格式如下:

new(address) ClassConstruct(...)

address 表示已有內(nèi)存的地址,該內(nèi)存可以在棧上,也可以在堆上;ClassConstruct(...) 表示調(diào)用類(lèi)的構(gòu)造函數(shù),如果構(gòu)造函數(shù)沒(méi)有參數(shù),也可以省略括號(hào)。

placement new 利用已經(jīng)申請(qǐng)好的內(nèi)存來(lái)生成對(duì)象,它不再為對(duì)象分配新的內(nèi)存,而是將對(duì)象數(shù)據(jù)放在 address 指定的內(nèi)存中。在本例中,placement new 使用的是 s 的內(nèi)存空間。

非受限聯(lián)合體的匿名聲明和“枚舉式類(lèi)”

匿名聯(lián)合體是指不具名的聯(lián)合體(也即沒(méi)有名字的聯(lián)合體),一般定義如下:

union U{
? ? union { int x; }; ?//此聯(lián)合體為匿名聯(lián)合體
};

可以看到,聯(lián)合體 U 內(nèi)定義了一個(gè)不具名的聯(lián)合體,該聯(lián)合體包含一個(gè) int 類(lèi)型的成員變量,我們稱(chēng)這個(gè)聯(lián)合體為匿名聯(lián)合體。

同樣的,非受限聯(lián)合體也可以匿名,而當(dāng)非受限的匿名聯(lián)合體運(yùn)用于類(lèi)的聲明時(shí),這樣的類(lèi)被稱(chēng)為“枚舉式類(lèi)”。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;
}

上面的代碼中使用了一個(gè)匿名非受限聯(lián)合體,它作為類(lèi) Singer 的“變長(zhǎng)成員”來(lái)使用,這樣的變長(zhǎng)成員給類(lèi)的編寫(xiě)帶來(lái)了更大的靈活性,這是 C++98 標(biāo)準(zhǔn)中無(wú)法達(dá)到的(編譯器會(huì)報(bào)member 'Student Singer::<anonymous union>::s' with constructor not allowed in union錯(cuò)誤)。

到此這篇關(guān)于C++11非受限聯(lián)合體的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11非受限聯(lián)合體內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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