C++中类变量声明的查询

Question

我有一个类来表示浮点数的 3D 向量：

class Vector3D
{
    public:

    float x, y, z;
    float * const data;

    Vector3D() : x(0.0), y(0.0), z(0.0), data(&x) {}
}

我的问题是：x、y 和 z 是否将在内存中按顺序分配，以便我可以将 x 的地址分配给数据，然后在数据上使用下标运算符以数组形式访问向量分量？

例如，有时我可能想直接访问向量分量：

Vector3D vec;
vec.x = 42.0;
vec.y = 42.0;
vec.z = 42.0;

有时我可能想通过偏移量访问它们：

Vector3D vec;
for (int i = 3; i--; )
    vec.data[i] = 42.0;

第二个示例是否与第一个示例具有相同的效果，或者我是否会冒覆盖除x、y 和 z 是否浮动？

Answer 1

不，这是未定义的行为，原因有两个：

• 首先是其他人都提到的填充问题。
• 其次，即使内容被正确填充，使用偏移量取消引用指针也是无效的，这会使其超出其所指向的范围。编译器可以自由地假设这一点，并进行优化，如果违反它，则会导致未定义的行为。

但是，以下内容是有效的：

class Vector3D
{
public:
    std::array<float,3> data;
    float &x, &y, &z;

    Vector3D() : data(), x(data[0]), y(data[1]), z(data[2]) { }
    Vector3D& operator =(Vector3D const& rhs) { data = rhs.data; return *this; }
};

std::array 对于 C++0x 来说是新的，并且基本上等同于 boost::array。如果您不需要 C++0x 或 Boost，您可以使用 std::vector （并将初始化程序更改为 data(3)），尽管这是一个更重量级的解决方案，它的大小可以从外界修改，如果是的话，那么结果将是UB。

Answer 2

是的。这个类是布局兼容 标准布局，因为：

• 你没有虚函数。
• 所有数据成员都位于单个访问说明符块（public:）中

，因此，可以保证它像 C 结构一样按顺序布局。这允许您将文件头作为结构来读取和写入。

Answer 3

或者你可以有一个operator[]重载

float operator[](int idx)
{
 switch (idx)
{
case 0:
  return x;
case 1:
  return y;
case 2:
 return z;
}
assert (false);
}

Answer 4

编译器在如何布局结构中的内存方面具有一定的灵活性。该结构永远不会与另一个数据结构重叠，但它可以在元素之间注入未使用的空间。在您给出的结构中，某些编译器可能会选择在 z 和 data 之间添加 4 个字节的额外空间，以便数据指针可以对齐。大多数编译器都提供了一种紧密打包所有内容的方法。

编辑：不能保证编译器会选择紧密打包 x、y 和 z，但实际上它们会打包得很好，因为它们是结构体的第一个元素，并且因为它们是大小为二的幂。

Answer 5

您的解决方案无效，但如果您可以确保（或知道）您的编译器将“做正确的事情”（特别是通过控制 x、y 和 z 元素之间的填充），那么您就可以了。在这种情况下，我会完全删除 data 成员并使用 operator[]。

我有时见过类似的东西。它遇到了完全相同的问题，但确实节省了您存储数据指针的麻烦，并且允许使用更好的 v[0] 语法，而不是 v.data[0]。

class Vector3D
{
    public:

    float x, y, z;
    float& operator[](int i) { return *(&x+i); }
    const float& operator[](int i) const { return *(&x+i); }

    Vector3D() : x(0.0), y(0.0), z(0.0) {}
}

编辑：由 ildjam 提示，这里有一个使用访问器而不是成员的兼容版本，这是相似的。

class Vector3D
{
    public:
      float& operator[](int i) { return v[i]; }
      const float& operator[](int i) const { return v[i]; }

      float& x() { return v[0]; }
      float  x() const { return v[0]; }
      float& y() { return v[1]; }
      float  y() const { return v[1]; }
      float& z() { return v[2]; }
      float  z() const { return v[2]; }

      Vector3D() : v() {}
    private:    
      float v[3];
};

Answer 6

做这样的事情：

float data[3];
float& x, y, z;

    Vector3D() : x(data[0]), y (data[1]), z(data[2]) { data [0] = data [1] = data [2] = 0;}