c++ - 如何复制一个非平凡的 C++ union ？

Question

我正在尝试转换以下数据结构:

template<typename ValueT, typename ChildT>
class MyUnion 
{
public:
    MyUnion() : mChild(NULL) {}
private:
    union {
        ChildT* mChild;
        ValueT* mValue;
    };
};

ValueT 可以是 POD(int、float 等)和重要的东西，如 Vec3 , std::string 这就是它最初被实现为指向动态分配内存的指针的原因。但是，使用 c++11，我们现在可以将值直接存储在类中。我正在寻找的结果是这样的:

template<typename ValueT, typename ChildT>
class MyUnion 
{
public:
    MyUnion() : mChild(NULL) {}
private:
    union {
        ChildT* mChild;
        ValueT mValue;
    };
};

改这个会让编译器报错说缺少拷贝构造函数，所以我要实现

MyUnion(const MyUnion& other);
MyUnion& operator=(const MyUnion& other);

理想情况下还有移动构造函数。以前编译器为我实现了这些。有了 POD，我可以执行 memcpy 或类似的操作——我现在可以使用它并期望得到正确的结果吗？

Answer 1

首先，如果 mValue 是一个指向动态分配内存的指针，那么这个类的默认复制构造函数是非常不安全的，除非你乐于泄漏内存。

因为，哪个拷贝负责删除对象？它们看起来完全相同，并且没有共享指针。所以我假设你刚刚泄露了它。 (也许你有一些“经理”类(class)？但是你现在不会问如何在 union 中按值(value)存储它，对吗？所以，tsk tsk泄漏:p)

在大多数情况下，您想要的是存储一个额外的标志，它告诉您哪个成员当前已初始化。然后它被称为“可区分的 union ”，因为您可以使用有形信息来区分它处于两种状态中的哪一种。

假设 ValueT 是，我将给出一个可复制和可移动的最小版本。

template<typename ValueT, typename ChildT>
class MyUnion 
{
  public:
    // Accessors, with ref qualifiers.
    bool have_value() const { return mHaveValue; }
    ValueT & get_value() & { return mValue; }
    ValueT && get_value() && { return std::move(mValue); }
    ValueT const & get_value() const & { return mValue; }
    ChildT * & get_child() & { return mChild; }
    ChildT * && get_child() && { return mChild; }
    ChildT * const & get_child() const & { return mChild; }

    // Constructors. Default, copy, and move.

    MyUnion() {
      this->init_child(nullptr);
    }

    MyUnion(const MyUnion & other) {
      if (other.have_value()) {
        this->init_value(other.get_value());
      } else {
        this->init_child(other.get_child());
      }
    }

    MyUnion(MyUnion && other) {
      if (other.have_value()) {
        this->init_value(std::move(other.get_value()));
      } else {
        this->init_child(std::move(other.get_child()));
      }
    }

    // Move assignment operator is easier, do that first.
    // Note that if move ctors can throw, you can get a UB with this.
    // So in most correct code, you would either ban such objects from
    // appearing in your union, or try to make backup copies in order
    // to recover from the exceptions. In this code, I will just
    // assume that moving your object doesn't throw.
    // In that case, it's just deinitialize self, then use code from
    // move ctor.

    MyUnion & operator = (MyUnion && other) {
      this->deinitialize();
      if (other.have_value()) {
        this->init_value(std::move(other.get_value()));
      } else {
        this->init_child(std::move(other.get_child()));
      }
      return *this;
    }

    // Copy ctor basically uses "copy and swap", but instead of
    // swap, we use move assignment. This is exception safe, if
    // move assignment is.
    MyUnion & operator = (const MyUnion & other) {
      MyUnion temp{other};
      *this = std::move(temp);
      return *this;
    }

    // Dtor simply calls deinitialize.
    ~MyUnion() { this->deinitialize(); }

  private:
    union {
      ChildT* mChild;
      ValueT mValue;
    };
    bool mHaveValue;

    // these next three methods are private helpers for you.
    // the users of your class should not mess with these things,
    // or UB is quite likely!
    void deinitialize() {
      if (mHaveValue) {
        mValue.~ValueT();
      } else {
        // pointer type has no dtor. But if you actually *own* the child,
        // then you should call delete here I guess.
        // Or, replace with `std::unique_ptr` and call
        // that guys dtor. RAII is your friend, you can thank me later.
      }
    }

    // Initialize the value, using perfect forwarding.
    // Only do this if mValue is not currently initialized!
    template <typename ... Args>
    void init_value(Args && ... args) {
      new (&mValue) ValueT(std::forward<Args>(args)...);
      mHaveValue = true;
    }

    // Here, mChild is a raw pointer, so it doesn't make sense to
    // make a similar initialization. But if you change it to be an RAII
    // object, then you should probably do a similar pattern to above,
    // with perfect forwarding.
    void init_child(ChildT * c) {
      mChild = c;
      mHaveValue = false;
    }
 };

注意:您通常不需要像这样滚动自己的受歧视 union 。很多时候，最好使用一些现有的库，如 boost::variant 或评论中提到的 expected 类型之一。但是，像这样建立自己的受歧视的小 union 是

• 没那么难
• 很好的锻炼
• 如果它需要出现在 API 边界或其他地方，有时是个好主意

在很多情况下，使用 union 根本就是一种不必要的优化，您只需要一个struct 就可以了。表示对象会占用更多内存，但这无关紧要，而且您的团队可能更容易理解/更容易维护。