C++反菱形模式下实现数据实例共享的可行方案问询

类的转换（构造函数）关系：

DataBase   ---->  DataDerived

        |                  |
        V                  V

    TableBase  ---->  TableDerived

每个Table类都拥有一个data属性。

问题描述 #

当obj为TableDerived类型时，如何让obj.data::DataBase与obj.TableBase::data指向完全相同的物理实例？

当前实现代码 #

struct DataBase{
    int i{};
};

struct DataDerived : DataBase{
    int j{};
    DataDerived(DataBase&& d):DataBase(std::move(d)){}
};

// 以上代码逻辑清晰，以下代码存在疑问

struct TableBase{
    DataBase data; // 不得存储在堆上!!
};

struct TableDerived: TableBase{
    DataDerived data;
};

限制条件 #

• 不希望Table类继承自Data类；
• 不使用动态内存分配；
• 要求四个类均可独立完整存在（非聚合类型，仅包含属性）。

已尝试方案 #

• 使用shared_ptr会引入动态内存分配，不符合需求；
• 虚继承要求Table类继承自Data类，不符合既定继承关系定义。

解决方案 #

核心思路是通过union内存重叠，让TableDerived中DataDerived的DataBase基类子对象与TableBase的data共享同一内存空间，同时满足所有限制条件：

#include <utility>

struct DataBase{
    int i{};
};

struct DataDerived : DataBase{
    int j{};
    DataDerived(DataBase&& d):DataBase(std::move(d)){}
    // 保留独立构造能力
    DataDerived() = default;
};

struct TableBase{
    DataBase data;
    // 保留独立构造能力
    TableBase() = default;
    TableBase(DataBase db) : data(std::move(db)) {}
};

struct TableDerived {
    // union让TableBase与DataDerived共享前sizeof(DataBase)的内存
    union {
        TableBase base;
        DataDerived data;
    };

    // 构造函数：先初始化TableBase的data，再复用该内存构造DataDerived
    TableDerived(DataBase db) {
        // 初始化TableBase的data成员
        new (&base.data) DataBase(std::move(db));
        // 在base的内存位置构造DataDerived，复用已初始化的DataBase
        new (&data) DataDerived(std::move(base.data));
    }

    // 保留独立构造能力
    TableDerived() {
        // 默认构造DataDerived，同时初始化其基类DataBase（即base.data）
        new (&data) DataDerived();
    }

    // 手动调用析构函数，union成员不会自动析构
    ~TableDerived() {
        data.~DataDerived();
    }

    // 禁用拷贝/移动构造避免内存管理问题（可按需实现）
    TableDerived(const TableDerived&) = delete;
    TableDerived& operator=(const TableDerived&) = delete;
    TableDerived(TableDerived&&) = delete;
    TableDerived& operator=(TableDerived&&) = delete;
};

方案说明

1. 内存重叠实现：union确保TableBase::data与DataDerived的DataBase基类子对象占用同一内存地址，完全满足“同一物理实例”的要求；
2. 无动态内存分配：所有对象均分配在栈或对象自身内存中，符合限制条件；
3. 类的独立性：四个类都保留默认构造能力，可单独实例化使用；
4. 构造安全：通过placement new手动控制对象构造顺序，确保DataDerived正确复用TableBase的DataBase实例。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mhawth36