联合体声明

联合体是特殊的类类型，它在一个时刻只能保有其一个非静态数据成员。

联合体声明的类说明符与类或结构体的声明相似：

联合体可拥有成员函数（包含构造函数和析构函数），但不能有虚函数。

联合体不能有基类且不能用作基类。

联合体不能拥有引用类型的非静态数据成员。

正如结构体的声明中一般，联合体的默认成员访问是 public。

解释

联合体的大小仅足以保有其最大的数据成员。其他数据成员分配于该最大成员的一部分相同的字节。分配的细节是实现定义的，且从并非最近写入的联合体成员进行读取是未定义行为。许多编译器作为非标准语言扩展，实现读取联合体的不活跃成员的能力。

#include <iostream>
#include <cstdint>
union S
{
    std::int32_t n;     // 占用 4 字节
    std::uint16_t s[2]; // 占用 4 字节
    std::uint8_t c;     // 占用 1 字节
};                      // 整个联合体占用 4 字节
 
int main()
{
    S s = {0x12345678}; // 初始化首个成员，s.n 现在是活跃成员
    // 于此点，从 s.s 或 s.c 读取是未定义行为
    std::cout << std::hex << "s.n = " << s.n << '\n';
    s.s[0] = 0x0011; // s.s 现在是活跃成员
    // 在此点，从 n 或 c 读取是 UB 但大多数编译器都对其有定义
    std::cout << "s.c is now " << +s.c << '\n' // 11 或 00，取决于平台
              << "s.n is now " << s.n << '\n'; // 12340011 或 00115678
}

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

各个成员都如同它是类的仅有成员一样进行分配。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
 
union S
{
    std::string str;
    std::vector<int> vec;
    ~S() {} // 需要知道哪个成员活跃，仅在联合体式的类中可行
};          // 整个联合体占有 max(sizeof(string), sizeof(vector<int>)) 的内存
 
int main()
{
    S s = {"Hello, world"};
    // 在此点，从 s.vec 读取是未定义行为
    std::cout << "s.str = " << s.str << '\n';
    s.str.~basic_string();
    new (&s.vec) std::vector<int>;
    // 现在，s.vec 是联合体的活跃成员
    s.vec.push_back(10);
    std::cout << s.vec.size() << '\n';
    s.vec.~vector();
}

s.str = Hello, world
1

若两个联合体成员均为标准布局类型，则在任何编译器上检验其公共子序列都是良好定义的。

成员生存期

联合体成员的生存期始于该成员被设为活跃（active）时。若另一成员先前为活跃，则其生存期终止。

当联合体的活跃成员通过形式为 E1 = E2 的复制表达式（使用内建赋值运算符或平凡的赋值运算符）所切换时，对于 E1 中的各个成员访问和数组下标子表达式中出现的，其类型并非拥有非平凡或弃置的默认构造函数的类的每个联合体成员 X，若 X 的修改在类型别名使用规则下会具有未定义行为，则在所指名的存储中隐式创建一个 X 类型的对象；不进行初始化，且其生存期的开始按顺序晚于其左右的操作数的值计算，而早于赋值。

union A { int x; int y[4]; };
struct B { A a; };
union C { B b; int k; };
int f() {
  C c;               // 不开始任何联合体成员的生存期
  c.b.a.y[3] = 4;    // OK："c.b.a.y[3]" 指名联合体成员 c.b 与 c.b.a.y;
                     // 这创建对象以保有联合体成员 c.b 和 c.b.a.y
  return c.b.a.y[3]; // OK：c.b.a.y 指代新创建的对象
}
 
struct X { const int a; int b; };
union Y { X x; int k; };
void g() {
  Y y = { { 1, 2 } }; // OK，y.x 为活跃联合体成员 (9.2)
  int n = y.x.a;
  y.k = 4;   // OK：结束 y.x 的生存期，y.k 是联合体的活跃成员
  y.x.b = n; // 未定义行为：y.x.b 在其生存期外被修改，
             // "y.x.b" 指名 y.x，但 X 的默认构造函数被弃置，
             // 故联合体成员 y.x 的生存期不会隐式开始
}

联合体类型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。若源与目标不是同一对象，则这些特殊成员函数开始每个内嵌于目标的，对应内嵌于源的对象的生存期。否则，它们不做任何事。在经由平凡特殊成员函数构造或赋值后，二个联合体对象拥有相同的对应活跃成员（若存在）。

匿名联合体

匿名联合体是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）的无名的联合体定义。

匿名联合体有更多限制：它们不能有成员函数，不能有静态数据成员，且所有数据成员必须为公开。所允许的声明仅有非静态数据成员和 static_assert 声明 (C++11 起)。

匿名联合体的成员被注入到其外围作用域中（而且必须不与其中声明的其他名字冲突）。

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

命名空间作用域的匿名联合体必须声明为 static，除非它们出现于无名命名空间。

联合体式的类

联合体式的类（union-like class）是联合体，或是至少拥有一个匿名联合体为其成员的（非联合）类。联合体式的类拥有一组变体成员（variant member）：

• 其成员匿名联合体的非静态数据成员；
• 另外，若联合体式的类是联合体，则为其并非匿名联合体的非静态数据成员。

联合体式的类可用于实现带标签联合体（tagged union）。

#include <iostream>
 
// S 拥有一个非静态数据成员（tag），三个枚举项成员（CHAR、INT、DOUBLE），
// 和三个变体成员（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);
}

a
123

#include <variant>
#include <iostream>
 
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);
}

a
123

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。

参阅