利用C++标准布局联合与共同初始序列实现带检查位字段是否合规？

问题背景 #

C++标准条款class.mem/28规定：标准布局联合中，若活跃成员为结构体类型T1，可读取另一结构体成员T2的非静态数据成员m（m属于T1与T2的共同初始序列），行为等同于引用T1的对应成员。

为实现带额外检查的位字段功能，我尝试创建包含多个结构体的标准布局联合，每个结构体都包含uint64_t成员：

CustomField模板结构体实现 #

template<some params>
struct CustomField
{
    void operator=(uint64_t newVal)
    {
        val = someCustomInsertFn(newVal);
    }

    operator uint64_t() const
    {
        return someCustomExtractFn(val);
    }

    uint64_t val; // 注意：该成员在联合中与其他所有字段及下方的`all`共用存储
};

联合定义 #

union CheckedBitField
{
    struct { uint64_t all; };
    CustomField<some param> fieldOne;
    CustomField<some other param> fieldTwo;
};

这些CustomField结构体通过自定义赋值运算符和转换运算符，实现了基础位字段不具备的额外检查（如值有效性、截断检查），示例用法：

CheckedBitField b{};
b.fieldOne = 5; // 此处会执行自定义检查逻辑

疑问 #

为CustomField添加这些额外成员函数是否违反class.mem/28条款的规则？

回答 #

不违反class.mem/28条款的规则，原因如下：

• 条款核心约束是数据布局而非成员函数：class.mem/28的规则聚焦于标准布局类型的共同初始序列、联合成员的存储共用逻辑，仅对类型的数据成员布局有要求，成员函数不属于对象的存储部分，不会影响类型的布局属性。
• CustomField仍属于标准布局类型：CustomField没有虚函数、非标准布局基类或不符合要求的数据成员，自定义成员函数不会改变其标准布局属性——标准布局的判定只看数据成员的结构和继承关系，与成员函数无关。
• 共同初始序列要求仍满足：联合中所有成员的共同初始序列都包含uint64_t类型的首成员（匿名结构体的all、每个CustomField的val），完全符合条款对共同初始序列的定义。
• 自定义函数未破坏联合存储规则：赋值和转换运算符只是对val的读写做了封装，本质上依然是对联合共用存储区的合法访问，没有违反联合成员活跃性相关的规则，读取非活跃成员的共同初始序列成员时，行为仍符合条款规定。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mike Vine