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Vince W.
Asked: 2025-04-28 01:58:56 +0800 CST

使用 Unions 时，“容器双关”是否定义行为

  • 772

在阅读了不少关于联合体用途和类型双关（基本上是不允许的，你应该依赖编译器优化 memcpy 调用）的文章后，我想知道以下联合体用法是否完全不安全，或者它是否完全是未定义行为，或者它实际上是否完全符合联合体规范且安全。其理念是，底层数据都属于相同的基本类型（int、double 等），但我只是想看看它是如何以不同的方式布局或命名的。我或许应该称之为“容器双关”，而不是“类型双关”。

// main.cpp
// compile with `c++ main.cpp -std=c+23`

#include <iostream>
#include <array>
#include <format>


struct Mat2 {
  union {
    std::array<float, 4> data;
    std::array<std::array<float, 2>, 2> rows;
    struct { float x, y, z, w; };
  };
};


int main() {

  // sometimes you want to think about it in rows
  Mat2 m{ .rows = {{ {0, 1},
                     {2, 3} }}};

  for (auto &row : m.rows) {
    for (auto &col : row) {
      std::cout << col << " ";
    }
    std::cout << "\n";
  }

  // sometimes you want to think about it as a block of data
  std::cout << "\n";
  for (auto &d : m.data) {
    std::cout << d << " ";
  }
  std::cout << "\n\n";

  // sometimes you want to access elements based on sematic names
  std::cout << std::format("{}, {}, {}, {}", m.x, m.y, m.z, m.w);
  std::cout << std::endl;

}
c++

2 个回答

  1. Best Answer

    C++ 联合不允许类型双关（仅在非常特殊的情况下，此处不适用）。数组的内存布局不能保证符合您的预期（请参阅std::array 的地址是否保证与其数据相同？）。

    但是，你不需要联合。你可以提供不同的访问器：

    struct Mat2 {
    std::array<float, 4> data;
    float& get(size_t i) { return data[i]; }
    float& get(size_t i,size_t j) { return data[i*2+j]; }
    float& x() { return data[0]; }
    float& y() { return data[1]; }
    float& z() { return data[2]; }
    float& w() { return data[3]; }
};

    一般来说，当您只需要同一数据的不同视图时，它不应该对数据布局产生不必要的影响。

    • 2 
  2. union Container {
    int i;
    float f;
};
union Container u;
    u.i = 42;
    float x = u.f; // Legal in C, but value depends on int/float representation.



union Container {
    int i;
    float f;
};
Container u;
u.i = 42;
float x = u.f; // Undefined Behavior in C++!



int a = 42;
float b;
memcpy(&b, &a, sizeof(float)); // Well-defined, avoids aliasing issues.




float b = std::bit_cast<float>(42); // Safe and expressive.
    • -1

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