c++ - 不受限制的 union 是否需要放置新的和构造函数定义？

Question

我看到的无限制 union 的例子似乎总是在构建时使用新的放置。有关 C++11 功能的维基百科文章在 union 的构造函数中使用了 new 放置。

https://en.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B11#Unrestricted_unions

#include <new> // Required for placement 'new'.

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

union U {
    int z;
    double w;
    Point p; // Illegal in C++03; legal in C++11.
    U() {new(&p) Point();} // Due to the Point member, a constructor definition is now required.
};

这里有必要用placement new吗？例如，这段代码使用 gcc 和 valgrind 编译时没有警告，当 union 用于保存字符串时，没有显示内存泄漏:

struct HasUnresUnion
{
    enum { Int, String } tag;

    HasUnresUnion(int i)
      : tag(Int),
        as_int(i)
    {}

    HasUnresUnion(std::string str)
      : tag(String),
        as_str(std::move(str))
    {}

    ~HasUnresUnion()
    {
        using std::string;
        if (tag == String)
            as_str.~string();
    }

    union
    {
        int as_int;
        std::string as_str;
    };
};

这里似乎没有任何歧义，所以我不明白为什么标准会禁止这样做。这是法典吗？当 union 未初始化(而不是被分配给)时，是否需要放置新的？ union 中的构造函数是否需要？我肯定见过没有自己的构造函数的不受限制的 union ，但维基百科明确指出这是必需的。

Answer 1

简介

您显示的代码段非常安全；法律允许您在初始化类 union 类时初始化一个非静态数据成员。

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例子

维基百科文章有一个使用 placement-new 的例子，因为他们在可以直接初始化某个成员的点之后写入成员。

union A {
   A () { new (&s1) std::string ("hello world"); }
  ~A () { s1.~basic_string<char> (); }
  int         n1;
  std::string s1;
};

不过，前面的代码段在语义上等同于以下代码段，其中我们明确声明 A::s1 应在构造 A 时进行初始化。

union A {
   A () : s1 ("hello world") { }
  ~A () { s1.~basic_string<char> (); }
  int         n1;
  std::string s1;
};

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阐述

在您的代码片段中，您的类中有一个匿名 union (这使您的类成为一个类 union 类)，这意味着除非您初始化一个 union 的成员在类的初始化期间 — 您必须在以后使用 placement-new 来初始化它们。

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标准怎么说？

9.5/1 -- <b>Unions</b> -- [class.union]p1

In a union, at most one of the non-static data members can be active at any time, that is, the value of at most one of the non-static data members can be stored in a union at any time.

3.8/1 -- <b>Object lifetime</b> -- [basic.life]p1

[...]

The lifetime of an object of type T begins when:

• storage with the proper alignment and size for type T is obtained, and
• if the object has non-trivial initialization, its initialization is complete.

The lifetime of an object of type T ends when:

• if T is a class type with a non-trivial destructor (12.4), the destructor call starts, or
• the storage which the object occupies is reused or released.