為什么為聯合或類似聯合的 class 刪除默認的默認構造函數？

Question

struct A{
    A(){}
};
union C{
   A a;
   int b = 0;
};
int main(){
    C c;
}

在上面的代碼中， GCC 和 Clang都抱怨 union C的默認構造函數被定義為已刪除。

但是，相關規則說：

class X 的默認默認構造函數在以下情況下定義為已刪除：

• X 是一個聯合，它有一個帶有非平凡默認構造函數的變體成員，並且 X 的任何變體成員都沒有默認成員初始化器，
• X 是一個非聯合 class ，它有一個變體成員 M 具有非平凡的默認構造函數，並且包含 M 的匿名聯合的變體成員沒有默認成員初始化器，

注意強調的措辭。 在示例 IIUC 中，由於變體成員b具有默認成員初始化程序，因此不應將默認的默認構造函數定義為已刪除。 為什么這些編譯器將此代碼報告為格式錯誤？

如果將C的定義更改為

union C{
   A a{};
   int b;
};

然后所有的編譯器都可以編譯這段代碼。 該行為暗示該規則實際上意味着：

X 是一個聯合，它有一個帶有非平凡默認構造函數的變體成員，並且沒有為變體成員提供默認成員初始值設定項

這是編譯器錯誤還是該規則的模糊措辭？

Answer 1

這通過CWG 2084在 C++14 和 C++17 之間進行了更改，其中添加了允許（任何）聯合成員上的 NSDMI 恢復默認構造函數的語言。

CWG 2084 隨附的示例與您的示例略有不同：

struct S {
  S();
};
union U {
  S s{};
} u;

這里 NSDMI 位於非平凡成員上，而 C++17 采用的措辭允許任何成員上的 NSDMI 恢復默認的默認構造函數。 這是因為，正如 DR 中所寫，

NSDMI 基本上是mem-initializer的語法糖

即int b = 0; 基本上相當於用 mem-initializer 和空體編寫構造函數：

C() : b{/*but use copy-initialization*/ 0} {}

順便說一句，確保聯盟的最多一個變體成員具有 NSDMI 的規則在某種程度上隱藏在class.union.anon的子條款中：

4 - [...] 聯合的最多一個變體成員可能有一個默認成員初始化器。

我的假設是，由於 gcc 和 Clang 已經允許上述內容（非平凡工會成員上的 NSDMI），他們沒有意識到他們需要更改其實現以獲得完整的 Z87BED571FFA40AAAD7BBA33E38E6 支持。

這在 2016 年的 std-discussion 列表中進行了討論，示例與您的非常相似：

struct S {
    S();
};
union U {
    S s;
    int i = 1;
} u;

結論是 clang 和 gcc 在拒絕方面存在缺陷，盡管當時有一個誤導性的注釋，因此被修改。

對於 Clang，錯誤是https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=39686 ，它使我們在隱式定義的構造函數中循環回到 SO，由於變體成員 N3690/N47140 與 N4659/N4690/N47140/而被刪除。 我找不到 gcc 的相應錯誤。

請注意， MSVC 正確接受，並將c初始化為.b = 0 ，這在dcl.init.aggr 中是正確的：

5 - [...] 如果聚合是聯合並且初始化列表為空，則

• 5.4 - 如果任何變體成員具有默認成員初始化器，則該成員從其默認成員初始化器初始化； [...]

Answer 2

聯合是一件棘手的事情，因為所有成員共享相同的 memory 空間。 我同意，規則的措辭不夠清楚，因為它忽略了顯而易見的：為多個聯合成員定義默認值是未定義的行為，或者應該導致編譯器錯誤。

考慮以下：

union U {
    int a = 1;
    int b = 0;
};

//...
U u;                 // what's the value of u.a ? what's the value of u.b ? 
assert(u.a != u.b);  // knowing that this assert should always fail. 

這顯然不應該編譯。

這段代碼可以編譯，因為 A 沒有顯式的默認構造函數。

struct A 
{
    int x;
};

union U 
{
    A a;        // this is fine, since you did not explicitly defined a
                // default constructor for A, the compiler can skip 
                // initializing a, even though A has an implicit default
                // constructor
    int b = 0;
};

U u; // note that this means that u.b is valid, while u.a has an 
     // undefined value.  There is nothing that enforces that 
     // any value contained by a struct A has any meaning when its 
     // memory content is mapped to an int.
     // consider this cast: int val = *reinterpret_cast<int*>(&u.a) 

此代碼無法編譯，因為 A::x 確實具有顯式默認值，這與 U::b 的顯式默認值沖突（雙關語）。

struct A 
{
    int x = 1;
};

union U 
{
    A a;
    int b = 0;
};

//  Here the definition of U is equivalent to (on gcc and clang, but not for MSVC, for reasons only known to MS):
union U
{
    A a = A{1};
    int b = 0;
};
// which is ill-formed.

出於相同的原因，此代碼在 gcc 上也不會編譯，但可以在 MSVC 上運行（MSVC 總是比 gcc 嚴格一些，所以這並不奇怪）：

struct A 
{
    A() {}
    int x;
};

union U 
{
    A a;
    int b = 0;
};

//  Here the definition of U is equivalent to:
union U
{
    A a = A{};  // gcc/clang only: you defined an explicit constructor, which MUST be called.
    int b = 0;
};
// which is ill-formed.

至於報錯在哪里，是聲明點還是實例化點，這取決於編譯器，gcc和msvc在初始化點報錯，clang會在你嘗試實例化union的時候報錯。

請注意，非常不建議擁有不兼容或至少不相關的聯合成員。 這樣做會破壞類型安全，並且會公開邀請程序中的錯誤。 類型雙關是可以的，但對於其他用例，應該考慮使用 std::variant<>。