C++中union与variant的定义与使用

union

union 常用于需要节省内存的地方，比如嵌入式系统中，或者需要对同一块数据进行不同类型的解释时，比如网络数据包解析。

union 的定义方式与 struct 类似，但所有成员共享同一块内存。以下是一个简单的例子：

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

可以像使用 struct 一样使用 union。

#include <iostream>
#include <cstring>

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

int main() {
    Data data;

    // 使用整数成员
    data.i = 10;
    std::cout << "data.i: " << data.i << std::endl;

    // 使用浮点数成员，覆盖整数成员
    data.f = 220.5;
    std::cout << "data.f: " << data.f << std::endl;

    // 使用字符串成员，覆盖浮点数成员
    std::strcpy(data.str, "C++ Union");
    std::cout << "data.str: " << data.str << std::endl;

    // 注意：由于union的特点，访问非当前活动的成员会导致未定义行为
    std::cout << "data.i (undefined behavior): " << data.i << std::endl;
    std::cout << "data.f (undefined behavior): " << data.f << std::endl;

    return 0;
}

union Data 可以存储一个整数、一个浮点数或一个字符串。但在任何时刻，union 只能存储这三种类型中的一种。当你向 union 中存储一个新值时，之前存储的值将被覆盖。

注意事项

未定义行为：由于 union 的所有成员共享相同的内存位置，只有最后存储的值是有效的。如果访问一个存储在 union 中但当前未活动的成员，行为是未定义的。
内存对齐：在某些架构中，不同数据类型的对齐要求可能不同。这可能会导致访问未对齐数据时的性能问题或崩溃。
构造函数和析构函数：在 C++ 中，如果 union 包含非平凡的构造函数或析构函数，编译器会生成这些函数并在适当的时候调用它们。

内存地址

假设union的内存起始地址是0，编译器会确保每个成员都对齐到适当的边界：

int和float成员需要对齐到4字节边界。
char str[9]成员需要对齐到1字节边界，但为了对齐其他成员，整个union的大小会提升到8的倍数。
double成员需要对齐到8字节边界。

为了满足所有这些对齐要求，union的总大小会是16字节，这是为了确保所有成员都能正确对齐和访问。

variant ---C++17

定义：

#include 
#include 
#include 

std::variant data;

赋值：

data = 10;               // 现在 data 存储的是 int
data = 3.14f;            // 现在 data 存储的是 float
data = "Hello, world!";  // 现在 data 存储的是 string

访问：使用 std::get 来访问存储的值，必须确保访问的类型正确。

try {
   std::cout << std::get(data) << std::endl;
   std::cout << std::get(data) << std::endl;  // 这里会抛出异常，因为当前存储的是 string
} catch (const std::bad_variant_access& e) {
   std::cout << e.what() << std::endl;
}

检查存储的类型：使用 std::holds_alternative 来检查 variant 当前存储的类型。

if (std::holds_alternative(data)) {
   std::cout << "Data holds an int." << std::endl;
} else {
   std::cout << "Data does not hold an int." << std::endl;
}