@@ -39,4 +39,80 @@ \section{联合体}
39390x7ffc00a4d280\\
40400x7ffc00a4d280
4141\\ \noindent\rule {\linewidth }{.2pt}
42- 这说明联合体的所有成员都在同一个位置存着呢。
42+ 这说明联合体的所有成员都在同一个位置存着呢。\par
43+ \subsection* {联合体如何组织内存？ }
44+ 正如我们才看到的那样，联合体会把所有的成员放在同一个内存区域中。所以 \lstinline @ValType @ 的内存占用不需要达到全部成员的内存占用之和，只需要等于它们之中最大的那个就行。在这里，如果你的开发环境中 \lstinline @long double @ 类型占用8字节，那么 \lstinline @sizeof ValType @ 的结果一般就是8字节；如果你的开发环境中 \lstinline @long double @ 类型占用16字节，那么 \lstinline @sizeof ValType @ 的结果一般就是16字节。\par
45+ 既然五个成员全都占用同样的内存空间，那么它们之间势必会存在冲突。回想一下章首的图6.1——我们用不同类型去解释同一块内存空间中的内容，将会得到不同的结果。在这里也是如此。如果我们用 \lstinline @a.val_i @ 去修改这段内存中的内容，那么它将会按照 \lstinline @int @ 型对信息的组织方式来存储 \lstinline @0 @/\lstinline @1 @ 串。在这种情况下，输出 \lstinline @a.val_c @ 或 \lstinline @a.val_d @ 往往是看不出什么有效内容的。\par
46+ 既然这些成员之间互相有冲突，那么我们为什么还要用联合体呢？这是因为，在有些情况下，一个联合体的成员是彼此互斥的，它们不会同时出现。还是以 \lstinline @ValType @ 为例，如果用一个结构体来表达它的话，需要29或更多字节才能容纳——其中有用的信息永远不超过16字节，那么剩下的空间就浪费了。通过联合体，我们可以把这些数据都存到这8或16个字节的空间当中，只要它们不同时出现，那就不会存在冲突了。
47+ 举个现实一点的例子：像Python这样的编程语言支持动态类型，即，一个变量可以在某个时候是整型，而在之后变成字符型或浮点型。而C++是静态类型语言，一个变量的类型在它定义的时候就确定下来了，不能更改。通过联合体，我们可以在一定程度上实现动态类型的部分功能。\par
48+ \ begin{lstlisting}
49+ struct dynamic { //自定义动态类型
50+ enum Types{integer,floating,string}; //枚举，用来规定可能的类型
51+ Types type; //type用来标记当前的类型
52+ union Value { //联合体，它的三个成员不会同时出现
53+ long long vll; //整型
54+ long double vld; //浮点型
55+ char str[16]; //字符串型
56+ };
57+ Value value; //定义Value类的对象value
58+ };
59+ \end {lstlisting }\par
60+ 我来解释一下这段代码：我们定义了一个 \lstinline @dynamic @ 类，这个类的对象可能以三种状态存在：整型状态，浮点型状态或字符型状态。\lstinline @type @ 是一个枚举类型，它可以用来标记这个对象当前处于何种状态。\par
61+ 而在联合体 \lstinline @Value @ 中，三个成员 \lstinline @vll @, \lstinline @vld @ 和 \lstinline @str @ 分别是整型、浮点型和字符串型。在任何时刻，这个变量只能是这三种类型之一，所以它们不会同时出现，用 \lstinline @union @ 就很合理。\par
62+ \subsection* {如何使用联合体？ }
63+ 那么我们就在主函数中定义一个 \lstinline @dynamic @ 类的对象，并设置它的类型和值。
64+ \ begin{lstlisting}
65+ dynamic number {dynamic::integer}; //integer在dynamic域中，所以用dynamic::
66+ number.value.vll = 15; //修改dynamic.value的vll成员，把它变成15
67+ \end {lstlisting }
68+ 这里需要注意，\lstinline @integer @ 是 \lstinline @dynamic @ 域中的枚举项。如果我们要在域外使用，就必须用 \lstinline @dynamic::integer @。相关细节，我们留到第七章再谈。\par
69+ 在本段代码中，我们定义了一个 \lstinline @number @ 变量，并初始化它的 \lstinline @type @ 成员为 \lstinline @integer @。接下来，我们用 \lstinline @number.value.vll @ 来为 \lstinline @value.vll @ 成员赋值。一旦为 \lstinline @vll @ 赋值，这时 \lstinline @vll @ 就是活跃成员，而 \lstinline @vld @ 和 \lstinline @str @ 都是不活跃成员。试图访问不活跃成员是未定义行为，会得到不确定的结果\footnote {约等于定义了局部变量但还没有赋值/初始化就开始使用它，会得到不确定的结果。}。\par
70+ 下一刻，我们想把 \lstinline @number @ 改成浮点型。这个操作非常简单，只要为 \lstinline @vld @ 赋值，就可以把它变成活跃成员，顶掉 \lstinline @vll @。\par
71+ \ begin{lstlisting}
72+ number.type = dynamic::floating; //修改number的类型，标记为浮点数
73+ number.value.vld = number.value.vll; //vld将取代vll成为活跃成员
74+ cout << number.value.vld; //会输出15
75+ \end {lstlisting }
76+ 第一行的操作就是更改一下标签，不必多说。第二行的操作却有些费解——不是说同一个联合体的不同成员不该同时出现吗？为什么我们在这里可以用 \lstinline @vll @ 给 \lstinline @vld @ 赋值还不产生问题呢？\par
77+ 其实这就是`` 同时'' \footnote {这是一个左值到右值的转换，可能还会伴随类型转换。}；第二步是把这个临时变量的值转移给一左操作数，临时变量销毁。我们看，在第一步的时候 \lstinline @vll @ 是活跃成员，这时我们没有用到 \lstinline @vld @，没有问题；而在第二步的时候 \lstinline @vld @ 是活跃成员，这时我们没有用到 \lstinline @vll @，也没有问题，如图6.10所示。\par
78+ \begin {figure }[htbp]
79+ \centering
80+ \includegraphics [width=0.8\textwidth ]{../images/generalized_parts/06_process_of_assignment_to_union_300.png}
81+ \caption {赋值过程中，活跃成员的变化}
82+ \end {figure }
83+ 试过了这些简单功能之后，我们可以写一些函数来实现它们。以下是一个输出函数，它根据 \lstinline @type @ 来判断要输出哪个成员。
84+ \ begin{lstlisting}
85+ void output(const dynamic &number, ostream &out = {cout}) {
86+ switch (number.type) { //用switch来判断number.type的值
87+ case dynamic::integer: //如果是整型
88+ out << number.value.vll; //输出vll
89+ return; //直接用return返回；或者用break也行
90+ case dynamic::floating: //如果是浮点型
91+ out << number.value.vld; //输出vld
92+ return;
93+ case dynamic::string: //如果是字符串
94+ out << number.value.str; //输出str
95+ return;
96+ }
97+ }
98+ \end {lstlisting }
99+ 这个函数仍然沿袭我们的思路，以 \lstinline @cout @ 作为输出的默认参数。在函数中，我们用 \lstinline @switch @-\lstinline @case @ 结构来实现对 \lstinline @number.type @ 的判断。这个函数没有什么技术含量，读者想必很容易就能看懂。\par
100+ \ begin{lstlisting}
101+ dynamic& assign_int(dynamic &number, long long ll) {
102+ number.type = dynamic::integer; //更改type
103+ number.value.vll = ll; //赋值给vll，现在它是活跃成员
104+ return number;
105+ }
106+ dynamic& assign_float(dynamic &number, long double ld) {
107+ number.type = dynamic::floating; //更改type
108+ number.value.vld = ld; //赋值给vld，现在它是活跃成员
109+ return number;
110+ }
111+ dynamic& assign_str(dynamic &number, const char *src) {
112+ number.type = dynamic::floating; //更改type
113+ strncpy(number.value.str, src, 16); //用strncpy为str赋值，现在它是活跃成员
114+ return number;
115+ }
116+ \end {lstlisting }
117+ 在这里，我们定义了三个函数，分别用于给 \lstinline @number @ 赋特定类型的值。至于字符串的赋值，我们提过，字符串不能直接赋值，要用 \lstinline @strcpy @ 或 \lstinline @strncpy @ 才行。这两个函数在头文件 \lstinline @cstring @ 中。\lstinline @strncpy @ 比 \lstinline @strcpy @ 更安全，它可以规定第一个操作数最多能接收的字符数量，以防字符串赋值时发生越界问题。\par
118+ 我们还可以借助联合体玩更多花样。不过相比于 \lstinline @class @/\lstinline @struct @ 来说，它的应用范围还是很窄的。接下来的章节中我们几乎不会再用 \lstinline @union @ 了，所以这里就仅为读者开拓一下眼界。想要了解关于联合体的更多用法，可以参考 \href {https://stackoverflow.com/questions/4788965/when-would-anyone-use-a-union-is-it-a-remnant-from-the-c-only-days}{When would anyone use a union? Is it a remnant from the C-only days?-Stack Overflow}。\par
0 commit comments