C++索引类成员

Question

C++索引类成员

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我有一个向量类。

class vector3f
{
public:
float x;
float y;
float z;
};

如果我想要访问其中一个元素，我需要输入 vec.x、vec.y 和 vec.z。现在，我有一个算法应该按索引访问数据成员，例如：

for(int i = 0; i < 3; i++)
{
vec[i] = i*i;
}

没有索引来处理这个问题的话，需要编写多个if条件语句：

for(int i = 0; i < 3; i++)
{
if(i == 0){vec.x = i*i;}
else if(i == 1){vec.y = i*i;}
else if(i == 2){vec.z = i*i;}
}

有没有一种方法可以索引数据成员，使它们在编译时解析？我不想在向量类中使用数组，因为使用vec.x、vec.y和vec.z访问数据成员对程序员更方便。避免这些if条件语句的最佳解决方案是什么？

- user3067395

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你知道你可以重载数组索引operator[]吗？ - Some programmer dude

我认为使用带有switch语句的重载operator[]将被优化并内联。此外，如果您需要这样的功能，为什么不使用vector<float>或array<float,3>呢？ - luk32

@luk32 优化：我同意。使用std类：也许是因为它们不提供.x访问？ - Angew is no longer proud of SO

3个回答

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不是绝对在编译时，但你可以进行优化。

你可以使用指向成员变量的指针，然后再使用它的数组。从以下开始:

float vector3f::*px;
px = &vector3f::x;
(vec.*px) = 10.2;

您可以这样翻译：您随后声明了指向成员的数组：

float vector3f::*pArray[3];

分配它们：

pArray[0] = &vector3f::x;
pArray[1] = &vector3f::y;
pArray[2] = &vector3f::z;

使用它们：

(vec.*pArray[0]) = 10.2; // This is vector3f::x
(vec.*pArray[1]) = 1042.5; // This is vector3f::y

适当改变循环体以索引适当的成员指针！

- Ajay

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使用参考资料可以得到一个有趣的替代方案。

class vector3f
{
public:
  float &x, &y, &z;
  float value[3];

  vector3f() :
    x(value[0]), y(value[1]), z(value[2]){}
};

这里我们将x绑定到value[0]，y绑定到value[1]，z绑定到value[2] - 它们是数组中条目的别名，但需要注意的是它们在类中每个引用会分配额外的4个字节。通过这种方式，我们可以为用户方便地命名数组。

我们还可以避免对重载的operator [进行运行时调用（但好的编译器应该可以在一个switch/case上内联访问）。

使用示例：

vector3f test;
test.value[0] = 227.f;
test.value[1] = 42.f;
test.value[2] = -1.f;
printf("Values are %lf, %lf and %lf.",test.x,test.y,test.z);

输出结果：

Values are 227.000000, 42.000000 and -1.000000.

- Pcube

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问题在于这将几乎使结构的大小翻倍，因为编译器必须为引用成员（可能在内部实现为指针）分配空间。而且它将要求作者手动提供复制/移动构造函数和赋值运算符，因为默认值不再有效。 - Angew is no longer proud of SO

@user3067395 是的，你必须自己提供它们（请参见我在此处的第一条评论）。实际上，我相信复制构造函数仍然可以默认，只是会做错事情（将它们初始化为源对象的数组）。 - Angew is no longer proud of SO

@Angew 嗯，看起来答案最多只能算是含糊不清。请参考这篇帖子。引用变量可能会占用运行时内存，也可能不会。我并不确定sizeof返回的是编译后的真实大小，还是类中每个成员的大小。标准规定引用的sizeof等于所引用类型的sizeof，因此这可能会导致字节加倍。sizeof引用返回0是没有意义的。 - Pcube

@Angew... 确信了！ :) 我不得不重新读了几遍。我在逻辑上有些困惑，认为引用与其所在类中的成员不需要更多的空间，虽然这是正确的，但 5.3.3/2 确实说明了 sizeof 对类的影响。感谢您的耐心。 - Pcube

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这样做：union{ struct{ float x, y, z; }; float i[3]; } 将导致 sizeof(union) = 12bytes。这比您的示例中的24小。 - Quest

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可以查看英文原文，
原文链接

- Angew is no longer proud of SO · Accepted Answer

你可以为你的类重载operator[]，将那些if条件（最好是一个switch）本地化到一个地方：

class vector3f
{
public:
  float x;
  float y;
  float z;

  float& operator[] (size_t i)
  {
    switch (i) {
      case 0: return x;
      case 1: return y;
      case 2: return z;
      default: throw "something";
    }
  }

  float operator[] (size_t i) const
  { return (*const_cast<vector3f*>(this))[i];
}

这是一种通用且安全的实现方式。如果你的类实际上是一个标准布局类¹，就像你展示的那样，而且如果你知道编译器/平台的对齐和填充方案，并且你从中知道float会在内存中结构化排列，那么你也可以像这样实现运算符：

float& operator[] (size_t i)
{
  return (&x)[i];
}

这将把x视为float数组的起始位置。它会更快，但依赖于我上面提到的if语句，并且不进行边界检查。

¹ 这基本意味着它没有非空的基类，没有virtual函数，并且没有非标准布局类型的数据成员。