如何适配ap_uint类型使其可用于C++联合体？

在FPGA C++后端开发中，将ap_uint类型放入联合体时会触发编译错误，提示外层结构体的默认构造函数被隐式删除，原因是联合体成员包含非平凡构造函数的类型。

问题代码 #

#ifndef _ENTRY
#define _ENTRY
#include <cstdint>
#include "ap_int.h"
struct US0 {
    ap_uint<1> tag;
    union {
        struct {
            ap_uint<2l> v0;
        } case1; // Some
    };
};
US0 US0_0() { // None
    US0 x;
    x.tag = 0;
    return x;
}
US0 US0_1(ap_uint<2l> v0) { // Some
    US0 x;
    x.tag = 1;
    x.case1.v0 = v0;
    return x;
}
int32_t entry(){
    ap_uint<2l> v0;
    v0 = 0;
    US0 v1;
    v1 = US0_1(v0);
    return 0l;
}
#endif

编译错误信息 #

../../../../hello.hpp: In function 'US0OM_ hosting便捷 ID PE Sefferfamil身上Em':重点栓Q:
../../../../hello.hpp:22:9: error: use of deleted function 'US0::US0()'
     US0 x;
         ^
../../../../hello.hpp:13:8: note: 'US0::US0()' is implicitly deleted because the default definition would be ill-formed:
 struct US0 {
        ^~~
../../../../hello.hpp:18:11: error: union member 'US0::<anonymous union>::case1' with non-trivial 'US0::<anonymous union>::<anonymous struct>::<constructor>()'
         } case1; // Some
           ^~~~~

原因分析 #

Xilinx的ap_uint属于非平凡类型（包含自定义构造函数、赋值运算符等特殊成员函数）。根据C标准，若联合体包含非平凡类型成员，编译器会隐式删除该联合体及外层结构体的默认构造函数、拷贝构造函数等特殊成员——因为编译器无法自动生成安全的实现逻辑，而Vivado HLS的C前端严格遵循这一规则。

适配方案 #

根据Xilinx官方对ap_int系列类型的使用规范，需要手动为外层结构体提供显式的特殊成员函数，确保联合体成员的初始化和拷贝逻辑明确：

1. 显式定义结构体特殊成员函数
   修改US0结构体，添加默认构造函数和带参构造函数，手动初始化所有成员：

   struct US0 {
       ap_uint<1> tag;
       union {
           struct {
               ap_uint<2l> v0;
           } case1;
       };
   
       // 显式默认构造函数：初始化tag为0，联合体成员置0
       US0() : tag(0) {
           case1.v0 = ap_uint<2l>(0);
       }
   
       // 带参构造函数：初始化tag为1，赋值联合体成员
       explicit US0(ap_uint<2l> val) : tag(1) {
           case1.v0 = val;
       }
   };
   

2. 简化构造函数调用
   基于新的结构体构造函数，调整原有的创建函数：

   US0 US0_0() {
       return US0(); // 调用默认构造，对应tag=0的场景
   }
   
   US0 US0_1(ap_uint<2l> v0) {
       return US0(v0); // 调用带参构造，对应tag=1的场景
   }
   

额外说明 #

Vivado HLS对C++特性的支持偏向硬件可综合的子集，对于包含非平凡类型的联合体，必须显式定义所有必要的特殊成员函数（构造、拷贝、析构），这样HLS才能生成明确的硬件电路逻辑，避免因自动生成逻辑不明确导致的综合失败。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Marko Grdinić