C++标准模板（STL）- 类型支持 （杂项变换，定义适于用作所有给定类型的未初始化存储的类型，std::aligned_union）

类型特性

类型特性定义一个编译时基于模板的结构，以查询或修改类型的属性。

试图特化定义于 <type_traits> 头文件的模板导致未定义行为，除了 std::common_type 可依照其所描述特化。

定义于<type_traits>头文件的模板可以用不完整类型实例化，除非另外有指定，尽管通常禁止以不完整类型实例化标准库模板。

杂项变换

定义适于用作所有给定类型的未初始化存储的类型

std::aligned_union

|---------------------------------------------------------------------|---|-----------|
| template< std::size_t Len, class... Types > struct aligned_union; | | (C++11 起) |

提供嵌套类型 type ，它是平凡的标准布局类型，且其大小和对齐适合用作任何列于 Types 的类型的一个对象的未初始化存储。存储的大小至少为 Len 。 std::aligned_union 亦确定所有 Types 中最严格（最大）的对齐要求，使之可用作常量 alignment_value 。

若 sizeof...(Types) == 0 ，则行为未定义。

是否支持任何扩展对齐是实现定义的。

成员类型

|--------|----------------------------|
| 名称 | 定义 |
| type | 适用于存储来自 Types 的任何类型的平凡类型 |

辅助类型

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|---|-----------|
| template< std::size_t Len, class... Types > using aligned_union_t = typename aligned_union<Len,Types...>::type; | | (C++14 起) |

成员常量

|------------------------|------------------------------|
| alignment_value [静态] | 所有 Types 的最严格对齐 (公开静态成员常量) |

可能的实现

#include <algorithm>
template <std::size_t Len, class... Types>
struct aligned_union
{
    static constexpr std::size_t alignment_value = std::max({alignof(Types)...});
 
    struct type
    {
      alignas(alignment_value) char _s[std::max({Len, sizeof(Types)...})];
    };
};

调用示例

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <string>

template<class T, std::size_t N>
class static_vector
{
    // N 个 T 的正确对齐的未初始化存储
    typename std::aligned_union<sizeof(T), T>::type data[N];
    std::size_t m_size = 0;

public:
    // 于对齐存储创建对象
    template<typename ...Args> void emplace_back(Args&&... args)
    {
        if (m_size >= N)  // 可行的错误处理
            throw std::bad_alloc{};
        new (data + m_size) T(std::forward<Args>(args)...);
        ++m_size;
    }

    // 访问对齐存储中的对象
    const T& operator[](std::size_t pos) const
    {
        // 注意： C++17 起需要 std::launder
        return *reinterpret_cast<const T*>(data + pos);
    }

    // 从对齐存储删除对象
    ~static_vector()
    {
        for (std::size_t pos = 0; pos < m_size; ++pos)
        {
            // 注意： C++17 起需要 std::launder
            reinterpret_cast<T*>(data + pos)->~T();
        }
    }
};

int main()
{
    static_vector<std::string, 10> v1;
    v1.emplace_back(5, '*');
    v1.emplace_back(10, '*');
    std::cout << v1[0] << std::endl << v1[1] << std::endl;
    return 0;
}

输出

*****
**********