包含“类型”成员的联合答案

【问题标题】：Unions that contain a"type" member包含“类型”成员的联合
【发布时间】：2011-02-09 00:14:05
【问题描述】：

我有一个关于工会的问题，我仍然不了解。我已经阅读了很多关于它们的用途，并且在大多数情况下可以看到它们如何有用并理解它们。我已经看到它们可以提供原始的“C 风格”多态性。我在几个网站上看到的这个例子是 SDL 的事件联合：

typedef union {
 Uint8 type;
 SDL_ActiveEvent active;
 SDL_KeyboardEvent key;
 SDL_MouseMotionEvent motion;
 SDL_MouseButtonEvent button;
 SDL_JoyAxisEvent jaxis;
 SDL_JoyBallEvent jball;
 SDL_JoyHatEvent jhat;
 SDL_JoyButtonEvent jbutton;
     SDL_ResizeEvent resize;
 SDL_ExposeEvent expose;
 SDL_QuitEvent quit;
 SDL_UserEvent user;
     SDL_SysWMEvent syswm;
} SDL_Event;

我无法理解的是，那里怎么会有一个“类型”成员与事件类型共存？由于它们占用相同的内存区域，因此它们不是一次只允许存在一个吗？联合不会在任何时候作为一种类型或事件之一存在吗？

我了解每个事件实际上都是一个带有类型成员的结构，例如：

// SDL_MouseButtonEvent

typedef struct{
     Uint8 type;
     Uint8 button;
     Uint8 state;
     Uint16 x, y;
} SDL_MouseButtonEvent;

这有什么意义？这是否允许联合的类型成员代表联合当前的任何结构的类型？当联合的每个成员（除了一个之外）都是结构并且每个结构都包含该成员时，这是否会发生某种奇怪的效果？

你可以在不知道对象是哪个结构的情况下访问结构成员吗？

谢谢！

【问题讨论】：

请确认Uint8 type 字段与其他字段相关。我认为type 字段与其他字段无关。这只是另一个领域。

标签： c++ c unions

【解决方案1】：

如果每个事件类型都有一个Uint8 作为其第一个数据成员，那么union 的type 成员只是一种方便。

联合的一般规则是，您只能使用您写入的最后一个数据成员访问联合中的数据。所以，如果你上次写信给active，你下次就不能再读key了。

此规则的一个例外是，如果联合的多个成员共享相同的前缀（如果它们的第一个数据成员相同），则您可以通过共享的联合的任何数据成员访问该前缀前缀。因此，在这里，您可以参考active.type 或key.type，无论联合的哪个数据成员处于活动状态，它都会起作用。

SDL_Event 的成员type 只是一个方便的快捷方式，它允许您访问该type 字段，而无需将其限定为event_object.active.type 或event_object.key.type。你可以使用event_object.type。

【讨论】：

+1，简洁，我今天学到的第二个有用的东西......我想当你想到它时很明显，但有时它是我想念的明显的东西......:)跨度>
我仍然觉得这个结构不寻常，我以前见过这样的东西：struct SDLEvent { Uint8 type; union { type1 t1; type2 t2... } };
@David：我也觉得这有点不寻常；我本来打算建议这种方法，但后来想知道 SDL 采用的方法是否有一些好处。我想不出有什么好处，但我真的不是工会方面的专家；我从来没有真正使用过它们。也许这只是一个古怪的设计选择......
一方面，SDL 的做法允许在 SDLEvent* 和 SDLActiveEvent* 之间进行直接的 C 风格转换，等等。（另一种方式也可以，但需要更多的输入。）
@James：有趣！但是有多少成员有资格成为“几个”（相对于“一个工会的几个成员共享相同的前缀”）。

【解决方案2】：

让我们看看 union 在内存中是如何布局的：

Address:    Uint8    MouseButtonEvent   KeyboardEvent
x+0x0       type     type               type
x+0x1       -        button             ?
x+0x2       -        state              ?
...

碰巧type 成员都排成一列，所以不管它是什么类型，作为Uint8 访问联合将产生事件的实际类型。

【讨论】：

【解决方案3】：

如果每个 SDL_xyz 结构的前几个字节都是它们自己的类型字段，这意味着当联合包含其中一个对象时，联合的前几个字节与 SDL 结构的前几个字节相同 - 即类型字段。

联合不包含两者，它只包含第一个成员在类型、大小和位置上恰好与“类型”字段重合的 SDL 对象。

【讨论】：

【解决方案4】：

标准要求 C/C++ 中的联合必须与它们包含的最严格的类型对齐。此外，由于结构的成员不能重新排序，并且由于当前标准的要求（在 C++0x 中更改）联合仅包含 POD 类型，因此想法是联合的类型成员映射到它包含的结构甲板。

【讨论】：

【解决方案5】：

就联合而言，结构和原始类型之间没有真正的区别。 SDL_MouseButtonEven 结构只是一堆一个接一个的类型。
联合的type 成员代替了事件结构的type 成员。用图形表示，它看起来像这样：

SDL_Event union:
  type:    |--------|
  motion:  |--type--|-button-|--state-|-------x--------|-------y--------|  
  active:  |--type--|----------something-else-of-another-event--|          
  key:     |--type--|--maybe-a-smaller-event-|                             
  ... etc'

【讨论】：

【解决方案6】：

[已编辑，感谢 James 的评论。]

标准对联合做了一些特殊的保证，所以这种事情是安全的。

重要的规则是，如果联合中的两个 POD 结构以相同的成员类型开始，则允许使用共享成员的“公共初始序列”。因此，如果设置了key.type，则读取button.type 是合法的，并且它将具有相同的值。

此外，直接在联合中的普通数据成员（基本类型）type 必须在内存中布局，就好像它在仅包含该成员的 struct 中一样。也就是说type也等价于key.type和button.type等。

【讨论】：

据我了解，对于 POD 联合，它是完全有保证的，因为“每个数据成员的分配就像它是结构的唯一成员一样”（C++03 9.5/1）。所有数据成员必须具有相同的地址，因为在结构的第一个成员之前不能有未命名的填充。
@James Aha，谢谢！我不知道我从哪里得出这个结论，除非阅读 9.2 并在 9.5 中错过了那句话。