C++11中如何初始化包含const成员的union？

问题背景 #

在C11中初始化包含const成员的union时，无法使用C20引入的指定初始化器（如.dbl = 42.1），默认聚合初始化只会初始化union的第一个成员；而const成员只能通过初始化或显式构造设置值，直接赋值操作是不允许的。

你提供的placement new方案的问题 #

你给出的代码存在未定义行为，原因如下：

1. my_union foo{};是值初始化，会激活union的第一个成员ptr（将其初始化为nullptr），此时ptr处于活跃状态。
2. 后续new(&foo) double {42.1};是在union的存储空间上直接构造double对象，但这与union成员的类型不匹配（union的成员是const double，而非double），且未按标准流程终止原有活跃成员ptr的生命周期。
3. 访问foo.dbl时，dbl成员并未被正确激活——union的成员只有被显式初始化或构造后才会成为活跃成员，直接构造外部类型的对象无法激活union的目标成员，因此访问行为未定义。

合规的C++11解决方案 #

我们可以通过默认初始化union（不激活任何成员），再显式构造目标const成员的方式实现，代码如下：

#include <iostream>
#include <new>

union my_union
{
    const void* ptr;
    const double dbl;
};

int main()
{
    // 默认初始化union，不激活任何成员
    my_union foo;
    // 显式激活并构造const double类型的dbl成员
    new(&foo.dbl) const double(42.1);
    std::cout << foo.dbl;
}

该方案的合规性说明：

• my_union foo;是默认初始化，对于无用户自定义构造函数的union聚合类型，默认初始化不会初始化任何成员，也不会激活任何成员，此时foo的存储空间处于未初始化状态。
• new(&foo.dbl) const double(42.1);通过placement new在union的dbl成员地址上构造const double对象，这会显式激活dbl作为union的活跃成员，后续访问foo.dbl完全符合标准，行为定义良好。

补充说明 #

由于union的成员都是平凡可析构类型（指针和double），无需手动调用析构函数，union对象生命周期结束时会自动释放存储空间。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者François Andrieux