C++11 具有重要成员的匿名联合

Question

我正在更新我的一个结构，我想向其中添加一个 std::string 成员。原始结构如下所示：

struct Value {
  uint64_t lastUpdated;

  union {
    uint64_t ui;
    int64_t i;
    float f;
    bool b;
  };
};

仅仅向联合添加一个 std::string 成员当然会导致编译错误，因为通常需要添加对象的重要构造函数。 对于 std::string（来自 informit.com 的文本）

由于 std::string 定义了所有六个特殊成员函数，因此 U 将具有隐式删除的默认构造函数、复制构造函数、复制赋值运算符、移动构造函数、移动赋值运算符和析构函数。实际上，这意味着除非显式定义一些或全部特殊成员函数，否则您无法创建 U 的实例。

然后网站继续给出以下示例代码：

union U
{
int a;
int b;
string s;
U();
~U();
};

但是，我在结构中使用匿名联合。我在 freenode 上询问了 ##C++，他们告诉我正确的方法是将构造函数放在结构中，并给了我这个示例代码：

#include <new>

struct Point  {
    Point() {}
    Point(int x, int y): x_(x), y_(y) {}
    int x_, y_;
};

struct Foo
{
  Foo() { new(&p) Point(); }
  union {
    int z;
    double w;
    Point p;
  };
};

int main(void)
{
}

但是从那里我无法弄清楚如何定义 std::string 需要定义的其余特殊函数，而且，我并不完全清楚该示例中的 ctor 是如何工作的。

我可以请人向我解释一下吗？

Answer 1

这里不需要放置新的。

变体成员不会由编译器生成的构造函数初始化，但选择一个成员并使用普通的 ctor-initializer-list 对其进行初始化应该没有问题。在匿名联合内部声明的成员实际上是包含类的成员，并且可以在包含类的构造函数中初始化。

此行为在第 9.5 节中进行了描述。

[class.union]

：

类union类是一个联合或具有匿名联合作为直接成员的类。类似联合的类

X

有一组变体成员。如果

X

是联合体，则其变体成员是非静态数据成员；否则，其变体成员是属于

X

成员的所有匿名联合的非静态数据成员。

以及第 12.6.2 节中

[class.base.init]

：

A ctor-initializer 可以初始化构造函数类的变体成员。如果 ctor-initializer 为同一成员或同一基类指定多个 mem-initializer，则 ctor-initializer 格式错误。

所以代码可以很简单：

#include <new>

struct Point  {
    Point() {}
    Point(int x, int y): x_(x), y_(y) {}
    int x_, y_;
};

struct Foo
{
  Foo() : p() {} // usual everyday initialization in the ctor-initializer
  union {
    int z;
    double w;
    Point p;
  };
};

int main(void)
{
}

当然，当激活一个变体成员而不是在构造函数中初始化的其他成员时，仍然应该使用放置 new 。

Answer 2

该

new (&p) Point()

示例是对标准布局

new

运算符的调用（通过布局新表达式），因此您需要包含

<new>

。该特定运算符的特殊之处在于它不分配内存，它只返回您传递给它的内容（在本例中是

&p

参数）。表达式的最终结果是构造了一个对象。

如果将此语法与显式析构函数调用结合起来，那么您可以实现对对象生命周期的完全控制：

// Let's assume storage_type is a type
// that is appropriate for our purposes
storage_type storage;

std::string* p = new (&storage) std::string;
// p now points to an std::string that resides in our storage
// it was default constructed

// *p can now be used like any other string
*p = "foo";

// Needed to get around a quirk of the language
using string_type = std::string;

// We now explicitly destroy it:
p->~string_type();
// Not possible:
// p->~std::string();

// This did nothing to our storage however
// We can even reuse it
p = new (&storage) std::string("foo");

// Let's not forget to destroy our newest object
p->~string_type();

何时何地应该在

std::string

类中构造和销毁

s

成员（我们称之为

Value

）取决于您对

s

的使用模式。在这个最小的示例中，您永远不会在特殊成员中构造（并因此破坏）它：

struct Value {
    Value() {}

    Value(Value const&) = delete;
    Value& operator=(Value const&) = delete;

    Value(Value&&) = delete;
    Value& operator=(Value&&) = delete;

    ~Value() {}

    uint64_t lastUpdated;

    union {
        uint64_t ui;
        int64_t i;
        float f;
        bool b;
        std::string s;
    };
};

因此，以下是

Value

的有效用法：

Value v;
new (&v.s) std::string("foo");
something_taking_a_string(v.s);
using string_type = std::string;
v.s.~string_type();

您可能已经注意到，我禁用了复制和移动

Value

。原因是，如果不知道哪个活跃成员（如果有的话），我们就无法复制或移动联盟中适当的活跃成员。