在 C/C++ 中，聯(lián)合體（Union）是一種構(gòu)造數(shù)據(jù)類型。在一個聯(lián)合體內(nèi)，我們可以定義多個不同類型的成員，這些成員將會共享同一塊內(nèi)存空間。老版本的 C++ 為了和C語言保持兼容，對聯(lián)合體的數(shù)據(jù)成員的類型進(jìn)行了很大程度的限制，這些限制在今天看來并沒有必要，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類型的成員，gcc-5.1.0 ?版本報錯
? ? char name[10];
};
int main(){
? ? return 0;
}

上面的代碼中，因為 Student 類帶有自定義的構(gòu)造函數(shù)，所以是一個非 POD 類型的，這導(dǎo)致編譯器報錯。這種規(guī)定只是 C++ 為了兼容C語言而制定，然而在長期的編程實踐中發(fā)現(xiàn)，這種規(guī)定是沒有必要的。
關(guān)于 POD 類型稍后我們會講解，大家先不要著急。

接下來，我們具體看一下 C++11 對 C++98 的改進(jìn)。

1. C++11 允許非 POD 類型

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

POD 是 C++ 中一個比較重要的概念，在這里我們做一個簡單介紹。POD 是英文 Plain Old Data 的縮寫，用來描述一個類型的屬性。

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

1) 沒有用戶自定義的構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)和移動構(gòu)造函數(shù)。

2) 不能包含虛函數(shù)和虛基類。

3) 非靜態(tài)成員必須聲明為 public。

4) 類中的第一個非靜態(tài)成員的類型與其基類不同，例如：

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

class B2 的第一個非靜態(tài)成員 b 是基類類型，所以它不是 POD 類型。

5) 在類或者結(jié)構(gòu)體繼承時，滿足以下兩種情況之一：
派生類中有非靜態(tài)成員，且只有一個僅包含靜態(tài)成員的基類；
基類有非靜態(tài)成員，而派生類沒有非靜態(tài)成員。

我們來看具體的例子：

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

對于 B2，派生類 B2 中有非靜態(tài)成員，且只有一個僅包含靜態(tài)成員的基類 B1，所以它是 POD 類型。對于 B3，基類 B2 有非靜態(tài)成員，而派生類 B3 沒有非靜態(tài)成員，所以它也是 POD 類型。

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

7) 此外，所有兼容C語言的數(shù)據(jù)類型都是 POD 類型（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)則很沒用。

非受限聯(lián)合體的賦值注意事項

C++11 規(guī)定，如果非受限聯(lián)合體內(nèi)有一個非 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)致對象構(gòu)造失敗，請看下面的例子：

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

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

解決上面問題的一般需要用到 placement new（稍后會講解這個概念），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，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 類的構(gòu)造函數(shù)。注意，在析構(gòu)時還需要調(diào)用 string 類的析構(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）上生成對象，也可以在堆（heap）上生成對象。相對應(yīng)地，我們把常見的 new 的用法稱為 operator new，它只能在 heap 上生成對象。

placement new 的語法格式如下：

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)用類的構(gòu)造函數(shù)，如果構(gòu)造函數(shù)沒有參數(shù)，也可以省略括號。

placement new 利用已經(jīng)申請好的內(nèi)存來生成對象，它不再為對象分配新的內(nèi)存，而是將對象數(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”

匿名聯(lián)合體是指不具名的聯(lián)合體（也即沒有名字的聯(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)定義了一個不具名的聯(lián)合體，該聯(lián)合體包含一個 int 類型的成員變量，我們稱這個聯(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)合體運用于類的聲明時，這樣的類被稱為“枚舉式類”。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匿名非受限聯(lián)合體，它作為類 Singer 的“變長成員”來使用，這樣的變長成員給類的編寫帶來了更大的靈活性，這是 C++98 標(biāo)準(zhǔn)中無法達(dá)到的（編譯器會報member 'Student Singer::<anonymous union>::s' with constructor not allowed in union錯誤）。

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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