C++11 新特性：非受限联合体

在 C++11 之前，C++ 的联合体（union）主要被用于内存节省和对不同数据类型的同一片内存区域的访问。

然而，传统的联合体存在着严格的限制，它只能包含 POD（Plain Old Data，简单旧数据类型）类型的成员。也就是说不能在联合体中包含有非平凡（non-trivial）构造函数、复制构造函数、移动构造函数、析构函数的类类型。

C++11 放宽了这些限制，引入了非受限联合体（或称为扩展联合体），允许联合体中包含有非平凡构造函数和析构函数的类类型成员。

非受限联合体的特性

• 允许包含非 POD 类型：C++11 的非受限联合体可以包含有复杂构造函数、析构函数的类类型成员。
• 显式的构造函数和析构函数调用：对于非受限联合体的非 POD 类型成员，需要显式调用其构造函数和析构函数。

使用非受限联合体的例子

下面的例子展示了如何定义和使用非受限联合体：

#include <iostream>
#include <string>
#include <new> // 用于placement new

union MyUnion {
    int number;
    std::string text; // 非 POD 类型

    // 构造函数
    MyUnion() {
        new (&text) std::string(); // 使用 placement new 显式初始化text
    }

    // 析构函数
    ~MyUnion() {
        text.~basic_string(); // 显式调用析构函数
    }

    // 因为包含非平凡的构造函数和析构函数，需要手动管理其它成员的构造和析构
};

int main() {
    MyUnion u;
    u.number = 42; // 在使用 number 前不需要特别的初始化
    std::cout << "Number: " << u.number << std::endl;

    // 要使用 text 成员，需要先析构 number，再初始化 text
    // 因为 number 是基础数据类型，没有析构函数，这里不需要调用
    new (&u.text) std::string("Hello, World");
    std::cout << "Text: " << u.text << std::endl;

    // 清理：在结束使用text之前，需要显式调用析构函数
    u.text.~basic_string();

    return 0;
}

在这个例子中，MyUnion是一个非受限联合体，它包含一个整数类型成员number和一个非 POD 类型成员text（std::string类型）。

因为std::string有自己的构造函数和析构函数，所以我们需要在MyUnion的构造函数和析构函数中，使用 placement new 语法和显式调用析构函数语法，来管理text成员的生命周期。

注意事项

• 当联合体包含至少一个非平凡的构造函数、复制构造函数、移动构造函数或析构函数的成员时，联合体就成为非受限联合体。
• 使用非受限联合体时，需要小心管理成员的生命周期，尤其是当联合体中有多个非平凡的类成员时。你需要确保在修改联合体中的数据前，正确地构造和析构成员。
• 对于非受限联合体的非平凡成员，在访问之前必须先显式构造，在不再需要时显式析构。

总结

C++11 中引入的非受限联合体，极大地增强了联合体的功能和灵活性，允许在联合体中使用具有复杂行为的类类型。这样联合体不仅仅可以用于传统的用途（如类型节省和类型重解释），还可以用于更复杂的场景，如状态管理和变体类型的实现。

当然，这也意味着需要开发者更加小心地管理联合体成员的生命周期，以避免资源泄露和未定义行为。