简介
C++的Union继承自C语言的Union，所以意义是一样的。但是由于C++ ADT机制，所以就需要C++的Union支持ADT的特性。但是很奇怪的是，C++直到C++11的版本之后才增加了Union对于ADT的支持。
union基本概念
Union在C++内存模型，可以理解为一块“共享内存”(不是多线（进）程概念中的共享内存)。Union开辟的大小，是其内部定义的所有元素中最大的元素。比如:
union U {
char a;
int b;
long long c;
}
sizeof(U) == max((sizeof(char), sizeof(int)),sizeof(long long)) == 8bytes，所以在声明了一个类型为union U的变量之后，就会开辟一块8 bytes的内存来存放改变量。
union对于ADT的支持
在C++11之前，union是不支持含有non-trivial ADT的，即对于下面的声明是不合法的:
class A {
A() {}
};
class B {
B() {}
};
union U {
A a;
B b;
std::string s;
}
在c++11之后，便支持了这种声明，但是有一些附加条件：
- union可以有成员函数，但是不能是虚函数
- union不能作为基类
- union不能有非静态成员变量的引用
并且
如果非静态内部成员变量的类有以下的函数，这些函数并且union的这些函数将会默认为delete - non-trivial copy/move constructor
- non-trivial destructor
- non-trivial copy/move assignment
所以，初始化一个union必须程序人员自己实现，而不能使用编译器自动生成的构造函数。其实这个很容易理解，这一块内存编译器并不知道应该被定义为哪一个成员变量的类型，所以这一块内存就需要下发到程序人员这一层来决定。
有如下的初始化方法：
- 自定构造函数
union U {
std::string s;
std::vector<int> v;
U (int t) {
if (t == 0) {
new (&s) std::string;
} else if (t==1) {
new (&v) std::vector<int>;
} else {
assert(false);
}
} // 构造，根据需要将这块内存定义为std::string或者std::vector<int>
~U() {} // 析构，根据需要主动调用std::string或std::vector<int>的析构函数
}
int main() {
U au(1); // au这块内存就被定义为std::vector<int>
au.v.~vector; // 手动析构
return 0;
}
- 利用union第一个有default member initializer的元素来构造这块内存区域
union U {
std::string s;
std::vector<int> v;
~U() {} // 析构，根据需要主动调用std::string或std::vector<int>的析构函数
}
int main() {
U au = {"Hello World"}; // au初始化构造为std::string
au.s.~basic_string();
new (&au.v) std::vector<int>; //au构造为std::vector<int>
au.v.~vector();
return 0;
}
Tagged union
在上面的代码演示中我们可以看到，一个union在析构的时候需要一个标记（tag）来记录当前的状态，才能选择相应的析构函数，来析构这一块内存区域。我们把这种数据结构叫做tagged union。
如下的数据结构可以来实现tagged union
struct TaggedUnion {
enum Tag {STRING, IVECTOR};
Tag tag;
union U {
std::string s;
std::vector<int> v;
U(Tag t) {
if (t == STRING) {
new (&s) std::string;
} else if (t == IVECTOR) {
new (&v) std::vector<int>;
} else {
assert(false);
}
}
~U() {}
} au;
TaggedUnion(Tag t) :
au(t) {
}
~TaggedUnion() {
if (tag == STRING) {
au.s.~basic_string();
} else if (tag == IVECTOR) {
au.v.~vector();
} else {
assert(false);
}
}
};
int main(int argc, char const *argv[]) {
TaggedUnion tagu(TaggedUnion::STRING);
return 0;
}
上面的struct结构也叫做Union-like class
匿名union
如下的union定义叫做匿名union
int main() {
union {
int a;
char b;
};
a = 1;
b = '+';
return 0;
}
variant number
当一个union中的成员变量被激活的时候，那么这个时候就是union的一个变体(variant number)。这个专用术语在函数式语言中用的比较多。
如何做到不使用union但是达到union的效果
由于union使用起来限制过多，所以是否可以利用现有的语言支持达到union的效果呢？答案是可以
可以使用继承来达到这个效果。比如我们声明了如下的union
union {
std::string s;
std::vector<int> v;
}
其等同的使用继承
class TypeBase {
public:
TypeBase() = 0;
};
class StringVariant : public TypeBase {
public:
StringVariant();
private:
std::string m_string;
};
class iVectorVariant: public TypeBase {
public:
iVectorVariant();
private:
std::vector<int>m_vector;
};
