Warum std::string in Unions verboten ist

Im Bereich der C-Programmierung ist eine Union ein besonderes Konstrukt, das die Speicherung verschiedener Datentypen unter ermöglicht eine Shared-Memory-Adresse. Allerdings gibt es eine interessante Einschränkung, wenn es um Mitglieder innerhalb einer Union geht: Klassen mit nicht-trivialen Konstruktoren, einschließlich std::string, sind verboten.

Das Problem mit nicht-trivialen Konstruktoren

Der grundlegende Grund liegt in der Natur der Gewerkschaften. Mitglieder innerhalb einer Gewerkschaft sind grundsätzlich voneinander abhängig und nehmen im Gedächtnis denselben physischen Raum ein. Diese enge Beziehung stellt eine Herausforderung dar, wenn es um Klassen wie std::string geht, die einen nicht trivialen Konstruktor für die Objektinitialisierung erfordern.

Bedenken Sie die folgende Union-Struktur:

union U {
  int i;
  float f;
  std::string s;
};

Als allgemeine Regel gilt: Wenn eine Variable einer Union deklariert wird (z. B. „U u;“), werden alle ihre Mitglieder effektiv auf ihre Standardwerte initialisiert. Dieses Verhalten widerspricht jedoch der Semantik eines nicht-trivialen Konstruktors, wie er beispielsweise für std::string erforderlich ist.

Der Konflikt mit dem gemeinsam genutzten Speicherbereich

Wie bereits erwähnt, Mitglieder innerhalb einer Union teilen sich den gleichen Speicherplatz. Wenn einem Mitglied ein Wert zugewiesen wird, werden dadurch automatisch auch die anderen ungültig. Wenn wir „u.s“ einen Wert zuweisen, wird der Inhalt von „u.i“ und „u.f“ unvorhersehbar und möglicherweise unbrauchbar. Dies ist ein inakzeptables Verhalten für eine Datenstruktur, die verschiedene Datentypen nahtlos speichern soll.

Die Alternativen

Während diese Einschränkung zunächst frustrierend erscheinen mag, dient sie doch dazu, die Integrität und Zuverlässigkeit der zu wahren Gewerkschaftskonstrukt. C bietet alternative Mechanismen wie boost::variant oder boost::any, die die Speicherung komplexer Datentypen mit nicht-trivialen Konstruktoren ermöglichen.

Fazit

Das Verbot von std::string innerhalb Gewerkschaften sind keine bloße Laune oder ein Versehen, sondern eine bewusste Designentscheidung, die das vorhersehbare und effiziente Verhalten von Gewerkschaften gewährleistet. Wenn Sie die zugrunde liegenden Prinzipien verstehen, können Sie die Feinheiten dieser leistungsstarken Datenstruktur effektiv bewältigen.