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联合声明

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联合体是一种特殊的类类型，它在任何给定时间只能容纳其非静态数据成员中的一个。

目录

[编辑] 语法

联合体声明的类说明符类似于类或结构体声明

union attr class-head-name { member-specification }
属性 - (C++11 起) 可选的任意数量属性序列
class-head-name - 正在定义的联合体的名称。可选地，前置nested-name-specifier（名称和作用域解析运算符序列，以作用域解析运算符结尾）。名称可以省略，在这种情况下，联合体是匿名的
member-specification - 访问说明符、成员对象和成员函数声明及定义的列表。

联合体可以有成员函数（包括构造函数和析构函数），但不能有虚函数。

联合体不能有基类，也不能用作基类。

最多只有一个变体成员可以有默认成员初始化器。

 (C++11 起)

联合体不能有引用类型的非静态数据成员。

联合体不能包含具有非平凡特殊成员函数的非静态数据成员。

 (C++11 前)

如果联合体包含具有非平凡特殊成员函数的非静态数据成员，则联合体的相应特殊成员函数可以定义为已删除，详情请参阅相应的特殊成员函数页面。

 (C++11 起)

就像在结构体声明中一样，联合体中的默认成员访问是公共的。

[编辑] 解释

联合体至少与其最大的数据成员一样大，但通常不会更大。其他数据成员旨在分配在与该最大成员相同的字节中。这种分配的细节是实现定义的，除了所有非静态数据成员具有相同的地址。读取最近未写入的联合体成员是未定义行为。许多编译器作为非标准语言扩展实现读取联合体非活动成员的能力。

运行此代码
#include <cstdint>
#include <iostream>
 
union S
{
    std::int32_t n;     // occupies 4 bytes
    std::uint16_t s[2]; // occupies 4 bytes
    std::uint8_t c;     // occupies 1 byte
};                      // the whole union occupies 4 bytes
 
int main()
{
    S s = {0x12345678}; // initializes the first member, s.n is now the active member
    // At this point, reading from s.s or s.c is undefined behavior,
    // but most compilers define it.
    std::cout << std::hex << "s.n = " << s.n << '\n';
 
    s.s[0] = 0x0011; // s.s is now the active member
    // At this point, reading from s.n or s.c is undefined behavior,
    // but most compilers define it.
    std::cout << "s.c is now " << +s.c << '\n' // 11 or 00, depending on platform
              << "s.n is now " << s.n << '\n'; // 12340011 or 00115678
}

可能的输出

s.n = 12345678
s.c is now 0
s.n is now 115678

每个成员的分配都如同它是该类的唯一成员。

如果联合体的成员是具有用户定义构造函数和析构函数的类，则要切换活动成员，通常需要显式析构函数和 placement new。

运行此代码
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
 
union S
{
    std::string str;
    std::vector<int> vec;
    ~S() {} // needs to know which member is active, only possible in union-like class 
};          // the whole union occupies max(sizeof(string), sizeof(vector<int>))
 
int main()
{
    S s = {"Hello, world"};
    // at this point, reading from s.vec is undefined behavior
    std::cout << "s.str = " << s.str << '\n';
    s.str.~basic_string();
    new (&s.vec) std::vector<int>;
    // now, s.vec is the active member of the union
    s.vec.push_back(10);
    std::cout << s.vec.size() << '\n';
    s.vec.~vector();
}

输出

s.str = Hello, world
1
 (C++11 起)

如果两个联合体成员是标准布局类型，则在任何编译器上检查它们的公共子序列都是定义良好的。

[编辑] 成员生命周期

联合体成员的生命周期在其被激活时开始。如果之前有另一个成员是活动的，则其生命周期结束。

当联合体的活动成员通过形如 E1 = E2 的赋值表达式切换时（该表达式使用内置赋值运算符或平凡赋值运算符），对于 E1 的成员访问和数组下标子表达式中出现的每个联合体成员 X，如果 X 不是具有非平凡或已删除默认构造函数的类，且根据类型别名规则修改 X 会导致未定义行为，则在指定的存储中隐式创建类型为 X 的对象；不执行初始化，并且其生命周期的开始在左操作数和右操作数的求值之后，赋值之前进行。

union A { int x; int y[4]; };
struct B { A a; };
union C { B b; int k; };
 
int f()
{
    C c;               // does not start lifetime of any union member
    c.b.a.y[3] = 4;    // OK: "c.b.a.y[3]", names union members c.b and c.b.a.y;
                       // This creates objects to hold union members c.b and c.b.a.y
    return c.b.a.y[3]; // OK: c.b.a.y refers to newly created object
}
 
struct X { const int a; int b; };
union Y { X x; int k; };
 
void g()
{
    Y y = {{1, 2}}; // OK, y.x is active union member
    int n = y.x.a;
    y.k = 4;   // OK: ends lifetime of y.x, y.k is active member of union
    y.x.b = n; // undefined behavior: y.x.b modified outside its lifetime,
               // "y.x.b" names y.x, but X's default constructor is deleted,
               // so union member y.x's lifetime does not implicitly start
}

联合体类型中的平凡移动构造函数、移动赋值运算符、(C++11 起)复制构造函数和复制赋值运算符复制对象表示。如果源和目标不是同一个对象，这些特殊成员函数在执行复制之前，启动目标中嵌套的与源中对应的每个对象（除了既不是目标子对象也不是隐式生命周期类型的对象）的生命周期。否则，它们不执行任何操作。通过平凡特殊函数构造或赋值后，两个联合体对象具有相同的相应活动成员（如果有）。

[编辑] 匿名联合体

匿名联合体是未命名的联合体定义，它不同时定义任何变量（包括联合体类型的对象、引用或指向联合体的指针）。

union { member-specification } ;

匿名联合体有进一步的限制：它们不能有成员函数，不能有静态数据成员，并且所有数据成员都必须是公共的。只允许非静态数据成员和static_assert声明(C++11 起)。

匿名联合体的成员被注入到封闭作用域中（并且不能与在那里声明的其他名称冲突）。

int main()
{
    union
    {
        int a;
        const char* p;
    };
    a = 1;
    p = "Jennifer";
}

命名空间范围的匿名联合体必须声明为static，除非它们出现在匿名命名空间中。

[编辑] 类联合体

类联合体要么是联合体，要么是（非联合体）类，其中至少包含一个匿名联合体作为成员。类联合体有一组变体成员

  • 其成员匿名联合体的非静态数据成员；
  • 此外，如果类联合体是联合体，则其不是匿名联合体的非静态数据成员。

类联合体可用于实现带标签的联合体。

运行此代码
#include <iostream>
 
// S has one non-static data member (tag), three enumerator members (CHAR, INT, DOUBLE), 
// and three variant members (c, i, d)
struct S
{
    enum{CHAR, INT, DOUBLE} tag;
    union
    {
        char c;
        int i;
        double d;
    };
};
 
void print_s(const S& s)
{
    switch(s.tag)
    {
        case S::CHAR: std::cout << s.c << '\n'; break;
        case S::INT: std::cout << s.i << '\n'; break;
        case S::DOUBLE: std::cout << s.d << '\n'; break;
    }
}
 
int main()
{
    S s = {S::CHAR, 'a'};
    print_s(s);
    s.tag = S::INT;
    s.i = 123;
    print_s(s);
}

输出

a
123

C++ 标准库包含std::variant，它可以替代许多联合体和类联合体的用法。上面的示例可以重写为

运行此代码
#include <iostream>
#include <variant>
 
int main()
{
    std::variant<char, int, double> s = 'a';
    std::visit([](auto x){ std::cout << x << '\n';}, s);
    s = 123;
    std::visit([](auto x){ std::cout << x << '\n';}, s);
}

输出

a
123
 (C++17 起)

[编辑] 关键词

union

[编辑] 缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告 应用于 发布时的行为 正确的行为
CWG 1940 C++11 匿名联合体只允许非静态数据成员 也允许static_assert

[编辑] 参考

  • C++23 标准 (ISO/IEC 14882:2024)
  • 11.5 联合体 [class.union]
  • C++20 标准 (ISO/IEC 14882:2020)
  • 11.5 联合体 [class.union]
  • C++17 标准 (ISO/IEC 14882:2017)
  • 12.3 联合体 [class.union]
  • C++14 标准 (ISO/IEC 14882:2014)
  • 9.5 联合体 [class.union]
  • C++11 标准 (ISO/IEC 14882:2011)
  • 9.5 联合体 [class.union]
  • C++03 标准 (ISO/IEC 14882:2003)
  • 9.5 联合体 [class.union]
  • C++98 标准 (ISO/IEC 14882:1998)
  • 9.5 联合体 [class.union]

[编辑] 另请参阅

(C++17)
 一种类型安全的带判别联合体
(类模板) [编辑]
C 文档 for 联合声明
取自 "https://cppreference.cn/mwiki/index.php?title=cpp/language/union&oldid=180960"