在结构体中使用C++重载运算符()

Question

这里是来自Box2d物理引擎的b2Math.h代码。

struct b2Vec2
{   ...
    /// Read from and indexed element.
    float operator () (int i) const
    {
         return (&x)[i];
    }
    /// Write to an indexed element.
    float operator () (int i)
    {
         return (&x)[i];
    }
    ...
    float x, y;
}

为什么我们不能只使用SomeVector.x和SomeVector.y来读写向量坐标？实际上，return (&x)[i];这一行是如何工作的呢？我的意思是，在引用结构体的x分量之后，方括号[]中的数组不清楚。

感谢您的回复。

- Pathbreaker

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除了 i 等于 0 的情况外，(&x)[i] 会导致未定义行为，因为它会尝试在未分配给这样一个数组的内存中进行数组索引操作。 - Cory Kramer

修改operator()中存在错误：应该返回float&。 - iksemyonov

看起来你缺少重要的信息来完全回答这个问题。然而，“为什么我们不能只使用SomeVector.x和SomeVector.y来读写向量坐标？”很容易，你可以 :) - George

@Code-Apprentice 不是保证的（可能存在填充），即使它们彼此相邻，您仍然访问指针不拥有的内存，这是未定义行为。 - NathanOliver

@user402700，这仍然没有展示我在第一条评论中所问的SomeVector的声明。我猜你的意思是你有一个变量b2Vec2 SomeVector。正如其他人已经说过的那样，你可以像你说的那样使用它：SomeVector.x和SomeVector.y。 - Code-Apprentice

Answer 1

这是来自Box2d物理引擎的b2Math.h代码。

您发布的Box2D源代码复制粘贴中似乎存在错误。特别是，在非const方法中似乎缺少一个“&”符号。

此外，此代码片段似乎来自当前2.3.2发布代码之外的代码库。

以下是来自GitHub上Box2D 2.3.2源代码的部分内容：

/// Read from and indexed element.
float32 operator () (int32 i) const
{
    return (&x)[i];
}

/// Write to an indexed element.
float32& operator () (int32 i)
{
    return (&x)[i];
}

为什么我们不能只使用SomeVector.x和SomeVector.y来读写向量坐标？

我们可以这样做，而且我们通常也这样做。

然而，在Box2D中有一些代码（特别是b2AABB::RayCast），它似乎是从一个算法编写的（b2AABB::RayCast的注释说“来自实时碰撞检测，p179”），该算法迭代x和y作为数组下标零和一。我猜Erin Cato（Box2D的作者）以这种方式实现了这些运算符：（a）使访问在风格上更符合算法，（b）使其工作，并且（c）使其以看起来高效的方式工作。我可以确认它至少可以工作。

我有自己的Box2D分支，我已经重写了这些运算符。我改变它的接口使用[]（而不是()），并将其实现更改为使用switch语句明确访问x或y。我之所以这样做，是为了避免相对于C++标准可能存在未定义行为。

以下是相关部分的代码片段（请注意，我并不认为这是完美的或好的，但它是一种可行的替代实现，并且应该明确依赖于定义行为）：

/// Accesses element by index.
/// @param i Index (0 for x, 1 for y).
auto operator[] (size_type i) const
{
    assert(i < max_size());
    switch (i)
    {
        case 0: return x;
        case 1: return y;
        default: break;
    }
    return x;
}

/// Accesses element by index.
/// @param i Index (0 for x, 1 for y).
auto& operator[] (size_type i)
{
    assert(i < max_size());
    switch (i)
    {
        case 0: return x;
        case 1: return y;
        default: break;
    }
    return x;
}

正如我上面暗示的，我之前研究过这个问题。

当结构体的 x 和 y 成员变量的内存布局与拥有两个浮点数数组的布局相同时，它就起作用了；通常情况下都是这样的。因此，取地址符号(&)获取 x 参数的地址，然后将该地址视为数组的起始地址，再通过 i 进行索引。

但是我认为这不是定义良好的行为，至少在 C++ 标准中没有明确规定。对于我来说，这并不够清晰明了。

希望这回答了你的问题。

- Louis Langholtz