9 union 类型与 packed 布局

9.1 Union types（union 类型）[class.union.scpp]

1. 一个 class-key 为 union 的类声明，会声明一个 union 类型。

2. union 类型是一种聚合类型，它的各个非 static 数据成员共享同一份存储表示； 每个这类成员都从偏移 0 开始。

3. 本文档目前没有定义任何 tagged-union 构造。因此，对 §5.1 而言，每个 union 都按 未加标签的 union 处理。

4. 访问一个 union 的非 static 数据成员，是 §5.1 下的一项受管制操作。

5. 当这种访问按 §5.1 被允许时，被选中的成员表达式除此之外仍然受该成员类型本来适用的普通规则 约束，包括 §6 与 §7。

【注：unsafe gate 管的是”当前把这些字节按哪一种表示来解释”。它不会暂停 作用在结果表达式上的所有权、生命周期或其它规则。——注释结束】

9.2 Packed layout attribute（packed 布局 attribute）[dcl.attr.scpp.packed]

1. attribute-namespace scpp 里的 attribute-token packed （[dcl.attr.grammar]）可以出现在一个 attribute-specifier-seq 中，并且附着于 一个 struct 或 union 的声明。不得出现 attribute-argument-clause。

2. 如果一个包含 attribute-token packed 的 attribute-specifier-seq 附着到 struct 或 union 的声明之外的任何东西上，程序不合法（ill-formed）。

3. 如果 [[scpp::packed]] 附着于一个 struct 声明，那么这个 struct 的各个 非 static 数据成员按声明顺序布局，相邻成员之间不插入 padding，而且该 struct 的对齐要求为 1。

4. 如果 [[scpp::packed]] 附着于一个 union 声明，那么这个 union 的每个 非 static 数据成员偏移都是 0，而且该 union 的对齐要求为 1。

5. 对一个附着了 [[scpp::packed]] 的 union，它的大小是足以容纳其最大 非 static 数据成员的最小大小。

6. 这个 attribute 是一个可供任何用户声明的 struct 或 union 使用的普通 attribute。引入它是为了表达某种外部所要求的字节布局；这里不存在任何被特殊 对待的库类型名字。

【注：下面这些声明，对应的是那类字节表示被精确规定好的常见外部 ABI 布局：

union [[scpp::packed]] epoll_data_t {
    void* ptr;
    int fd;
    uint32_t u32;
    uint64_t u64;
};

struct [[scpp::packed]] epoll_event {
    uint32_t events{};
    epoll_data_t data{};
};

ISO C++ 自身没有标准化的 packed-layout attribute；现有 C/C++ 工具链通常用 __attribute__((packed)) 或 #pragma pack 这类扩展来暴露这项能力。——注释结束】

9.3 对齐说明符与对齐查询（Alignment specifier and alignment query）[dcl.align]

1. 除本小节另有修改外，[dcl.align] 与 [expr.alignof] 原样适用于 SCPP26。

2. 对齐说明符 alignas 以与 ISO C++ 完全相同的语法受支持：

(2.1) alignas(constant-expression)，其中 constant-expression 必须是整型常量表达式；

(2.2) alignas(type-id)，它请求与该 type-id 相同的对齐要求，也就是 alignas(alignof(type-id))；以及

(2.3) 同一声明上可以出现多个 alignment-specifier；此时取其中最严格、且非 0 的对齐值。

3. alignment-specifier 只能附着于：

(3.1) 一个变量声明；

(3.2) 一个不是 bit-field 的非 static 数据成员声明；或

(3.3) 一个 class-key 为 struct、class 或 union 的类声明。

如果 alignment-specifier 附着到其它任何声明上，程序不合法（ill-formed）。

【注：SCPP26 v1 目前并未在其它地方正式规定 bit-field 声明；不过本小节仍然跟随 ISO C++，明确不允许 alignas 附着于 bit-field。——注释结束】

4. alignas(0) 没有效果。除此之外，constant-expression 操作数必须求值为一个 受支持的有效对齐值。在 SCPP26 v1 中，这意味着一个被目标 ABI 接受的正的 2 的幂。

5. 如果一个 alignment-specifier 请求的对齐要求比该声明实体或类类型的自然对齐 更弱，则程序不合法（ill-formed）。

6. 如果 alignas 附着于一个类声明，它会改变该类类型自身的对齐要求。此后， 该类型的完整对象、子对象以及数组的布局都必须满足这一更严格的对齐要求。

7. 如果 alignas 附着于一个变量或非 static 数据成员，它会改变该被声明对象或 子对象的最小对齐要求；但它本身并不会改变该声明所命名的底层类型的对齐要求。

【注：例如，alignas(16) int a[4]; 要求对象 a 按 16 字节对齐，但它并不会改 变数组类型 int[4] 自身的对齐要求。——注释结束】

8. alignof(type-id) 查询也按 ISO C++ 的相同含义受支持：它会产出该类型的对齐 要求，并且结果是一个 std::size_t 类型的整型常量表达式。

9. SCPP26 中的 alignof 采用 ISO C++ 的 type-id 形式。GNU 风格的 alignof(expression) 扩展不属于 SCPP26。

10. alignof(type-id) 可以出现在任何要求整型常量表达式的地方，包括 alignas 的操作数内部。

11. 如果 [[scpp::packed]] 附着于一个 struct 或 union 声明：

(11.1) 则不得再有任何 alignment-specifier 附着于该同一声明，或附着于它的 任一非 static 数据成员；并且

(11.2) 该 struct 或 union 的任一非 static 数据成员，也不得具有这样一种类类型 （或该类类型的数组类型）：该类类型的对齐要求因为附着于该类类型声明的 alignment-specifier 而被提高。

违反此规则的程序不合法（ill-formed）。

【注：[[scpp::packed]] 的存在目的，是要求一个精确的 packed 外部字节布局： 整体对齐为 1，且不插入隐式 padding。若再与 alignas 组合，就会产生互相矛盾的 布局要求。尤其是：如果某个成员子对象所属的类类型本身因为 alignas 而要求 over-aligned 放置，那么 packed 对象就无法再对它作出正确放置保证。——注释结束】

12. 例子：

接受：

struct alignas(32) block {
    std::uint64_t words[4];
};

alignas(block) unsigned char scratch[sizeof(block)];

struct header {
    std::uint16_t len;
    alignas(8) std::uint32_t checksum;
};

拒绝：

alignas(3) int x;                    // 不是 2 的幂对齐
struct alignas(1) big { long long x; }; // 比该类型的自然对齐更弱
struct [[scpp::packed]] alignas(8) p { int x; }; // packed 与 alignas 冲突
struct alignas(8) block8 { int x; };
struct [[scpp::packed]] bad { char tag; block8 payload; }; // packed 不能包含 over-aligned 类类型成员

← 上一节：线程安全属性 · 目录 · 下一节：常量求值 →