C++默认情况下struct的内存是怎么排列的？

Question

如果我想在 C++ 中定义一个Matrix类，例如用于 OpenGL 渲染，我喜欢的方式也是最方便的，就是首先定义一个Vector类：

class vec3 {
    double x;
    double y;
    double z;
    [ ... ]
}

class vec4 {
    double x;
    double y;
    double z;
    double w;
    [ ... ]
}

现在，据我所知，当我创建 vec{3|4} 时， x, y, z{, w}的值应该在内存中是连续的（对吗？？？）。

如果我这样创建我的矩阵：

class mat3 {
    vec3 _m[3];
    [ ... ]
}

class mat4 {
    vec4 _m[4];
    [ ... ]
}

矩阵类中每个向量的x, y, z{, w}的值在内存中是否总是相邻？ 如果我将第一个元素的地址提供给 OpenGL，它读取内存中接下来的 16 个值（对于 4x4 矩阵），它会按顺序读取矩阵的 16 个值，还是可以从程序的其他地方获取一些其他信息在路上？

编辑（2019 年 11 月 29 日）：修正了一个错字

Answer 1

矩阵类中每个向量的 x, y, z{, w} 的值在内存中是否总是相邻？

语言可能不能保证如此，但在实践中可能是连续的。

它会读取矩阵的 16 个值吗

在 C++ 中未定义对成员进行索引的行为。 API 可能是用 C 编写的，可能有不同的规则。

有一个可以迭代的数据结构，它保证有 16 个相邻元素：16 个双精度数组。

Answer 2

可靠的解决方案是从double[16]开始。 对于编译器， &vec3::y只是一种表达y偏移量的方式，你希望它为 1。你可以通过编写来实现相同的目的

struct vec3 {
   double* base;
   double& x() { return *base; }
   double& y() { return *(base+1); }
   double& z() { return *(base+2); }
};
struct mat3 {
   double values[9];
   vec3 operator[](size_t s) { return vec3{values+3*s}; }
};

都是内联的，因此编译器仍然可以静态计算偏移量。 当您使用y()时，运行时不会有函数调用。

Answer 3

该标准允许任意填充，因此从技术上讲，成员在内存中是否连续是实现定义的。 不过，我不知道有任何实现会为您的情况做一些意想不到的事情，所以您只需添加一个static_assert(sizeof(vec3) == 3 * sizeof(double));就可以了。 .

类似地，在您的代码中访问一堆成员就好像它们是一个数组（即通过指针算法）是标准未定义的行为，因为那里没有实际的数组对象。 现在，如果你给 OpenGL 这个struct ，它在正确的地方有值，应该没有问题（因为你的编译器可能不会触及 OpenGL 代码，而 OpenGL 只关心字节是它们应该是什么）。

但请注意，这只是我要说的课程范围的“好”。 对于实际的生产代码，这些假设太脆弱，应该首选更健壮（但可能稍微不太方便）的方法。