C++ union 的一种妙用法

       union人皆知而鲜用的一个类。

       C++ 标准定义为：

A union is a class defined with the class-key union.

       我最近在写代码时，用到了如下实现：

template<typename T>
struct constant_init
{
    union
    {
        T obj;
    };

    constexpr constant_init() : obj() {}
    ~constant_init() { /* do nothing, union object is not destroyed */}
};

       这是从标准库中学到的一种技巧。

       constant_init 用来在编译期创建一个类型 T 的对象 obj，obj 就放在了匿名的 union 中。

       为何要把一个对象放在 union 中？

       只因不想让该对象被销毁。

       union 便有此用，标准描述为：

Absent default member initializers, if any non-static data member of a union has a non-trivial default constructor, copy constructor, move constructor, copy assignment operator, move assignment operator, or destructor, the corresponding member function of the union will be implicitly deleted unless it is user-provided.
在没有默认成员初始化器的情况下，如果 union 的任一非静态数据成员具有非平凡的默认构造函数、拷贝构造函数、移动构造函数、拷贝赋值运行符、移动赋值运算符或析构函数，则其相应的成员函数将被隐式删除（除非用户显式定义）。

       例如：

union S
{
    int a;
    std::string str;
};

       S 无法使用，因为 std::string 导致它的对应成员函数被隐式删除了。

       可以通过以下方式来解决。

       一，使用 default member initializer：

union S
{
    int a;
    std::string str = "union str"; // default member initializer
    ~S() {} // explicitly define a destructor
} s;

std::cout << s.str;

       default member initializer 会构造一个 std::string 对象，于是成员 str 处于激活状态。此时，S 的默认构造函数不会被删除，但析构函数依旧被移除，需要显式写出（但 std::string 依旧不会被析构，必须显式调用析构）。

       二，聚合初始化：

union S
{
    std::string str;
    int a;
    ~S() {} // explicitly define a destructor
} s = { "union str"s };

std::cout << s.str;

       此时，S 的构造函数也被删除了。但是，聚合初始化能够初始化构造函数被删除的对象，聚合初始化的类本身就不允许有构造函数。
需要注意，union 的聚合初始化，默认初始化第一个成员，所以 str 被挪到最前面了。

       三，显式写出被删除的函数。这个就不必给例子了。

       介绍完关键知识，现在看回 constant_init。

       这个类的目的是，不想 T 对象被析构，union 的特性刚好满足此需求。

       为什么不想被析构？因为有些对象需要在程序的整个生命周期内，一直有效。

       最经典的一个例子就是标准中的 std::error_category，它用来为 std::error_code 指定域对象，std::error_code 的 operator== 通过域对象的地址来进行比较，所以域对象必须一直有效，也因此，它的实现依赖于单例模式。然而，单例模式也有析构顺序的问题，如果析构过早，后面又要使用该对象，需要令其“重生”。该问题我在 C++ DP.07 Singleton 中讲过，也讲过一种“重生”的技巧。constant_init 的实现也是为了规避此问题。

       然这只是其一，constant_init 的构造函数是 constexpr 的。这个小细节也十分必要，它是为了规避 SIOF（Static Initialization Order Fiasco） 问题。我在An In-depth Look at C++ Keyword: static 一文中也有详尽的描述。

       另外，正确使用 constant_init 也是极具细节的事。下面是一个正确使用的例子：

namespace
{

template<typename T>
struct constant_init
{
    union
    {
        T obj;
    };

    constexpr constant_init() : obj() {}
    ~constant_init() { /* do nothing, union object is not destroyed */}
};

struct some_class {};

constant_init<some_class> some_class_instantance {};

} // anonymous namespace

       这段代码不应该放在头文件中，而应该放在实现文件中。

       这个原因，我在C++ Adventures: Namespaces 一文中也有详细描述。

       这也是此处使用 Unnamed(Anonymous) namespace 的原因。

       可见，这个技巧涉及的技术细节多如牛毛，任何一点不明白，就会误用。相比起来，union 倒是其中知识量最小的一个。

       读罢此文，相信大家能够掌握这一技巧。