使用数组下标运算符访问结构成员

Question

假设有一个T型和一个只有T型元素统一的结构。

struct Foo {
    T one,
    T two,
    T three
};

我想以休闲方式访问它们：

struct Foo {
    T one,
    T two,
    T three

    T &operator [] (int i)
    {
        return *(T*)((size_t)this + i * cpp_offsetof(Foo, two));
    }
};

其中cpp_offsetof宏（被认为是正确的）是：

#define cpp_offsetof(s, m)   (((size_t)&reinterpret_cast<const volatile char&>((((s*)(char*)8)->m))) - 8)

C ++标准不能保证这一点，但是我们可以假设成员之间的距离是固定的偏移量，并且以上是正确的跨平台解决方案吗？

100％兼容的解决方案是：

struct Foo {
    T one,
    T two,
    T three

    T &operator [] (int i) {
        const size_t offsets[] = { cpp_offsetof(Foo, one), cpp_offsetof(Foo, two), cpp_offsetof(Foo, three) };
        return *(T*)((size_t)this + offsets[i]);
    }
};

snk_kid使用指向数据成员的指针 提出了[edit]标准，兼容和更快的版本 [/ edit]
但它需要额外的查找表，我想避免这种情况。

//编辑
还有一个。 我不能仅使用数组和常量来索引这些字段，它们必须被命名为结构的字段（某些宏需要这样做）。

//编辑2
为什么必须将这些命名为结构的字段？ 什么是宏？ 它是一个较大的项目的设置系统。 简化如下：

struct Foo {
    int one;
    int two;
}
foo;

struct Setting { void *obj, size_t filed_offset, const char *name, FieldType type }

#define SETTING(CLASS, OBJ, FIELD, TYPE) { OBJ, cpp_offsetof(CLASS, FIELD), #OBJ #FIELD, TYPE }

Setting settings[] = {
    SETTING(Foo, foo, one, INT_FIELD),
    SETTING(Foo, foo, two, INT_FIELD)
};

再说一次：我不是在寻找100％兼容的解决方案，而是99％的兼容解决方案。 我问我们是否可以期望某些编译器将非均匀填充放在统一字段之间。

Answer 1

您的代码不适用于使用虚拟成员函数的NON-POD类型。 使用指向数据成员的指针，有一种符合标准（高效）的方法来实现您要执行的操作：

template< typename T >
struct Foo {

    typedef size_t size_type;

private:

    typedef T Foo<T>::* const vec[3];

    static const vec v;

public:

    T one;
    T two;
    T three;

    const T& operator[](size_type i) const {
        return this->*v[i];
    }

    T& operator[](size_type i) {
        return this->*v[i];
    }
};

template< typename T >
const typename Foo<T>::vec Foo<T>::v = { &Foo<T>::one, &Foo<T>::two, &Foo<T>::three };

只需确保将const每个与指向数据成员的指针表一起使用即可获得优化。 检查这里查看我在说什么。

Answer 2

如果您要实现的目标仍然是编译时功能，则可以使用模板专门化。

class Foo {
    T one;
    T two;
    T three; 
};

template <int i> T & get(Foo& foo);

template T& get<1>(Foo& foo){ return foo.one;}
template T& get<2>(Foo& foo){ return foo.two;}
template T& get<3>(Foo& foo){ return foo.three;}

将get定义为成员函数会很好，但是您不能专门化模板成员函数。 现在，如果这只是您要寻找的编译时扩展，那么这将避免先前文章之一的查找表问题。 如果需要运行时解析，则显然需要一个查找表。

-Brad Phelan http://xtargets.heroku.com

Answer 3

您可能能够使用数组保存数据来实现所需的功能（这样就可以在不使用查找表的情况下获得索引访问）并拥有对各种数组元素的引用（因此您可以使用“命名”元素供您使用）宏）。

我不确定您的宏需要什么，因此我不是100％确信这会起作用，但是可能。 另外，我不确定查找表方法的微小开销是否值得避免太多。 另一方面，我认为我在这里建议的方法没有比指针表方法更复杂的方法，因此在这里供您考虑：

#include <stdio.h>

template< typename T >
struct Foo {

private:    
    T data_[3];

public:

    T& one;
    T& two;
    T& three;

    const T& operator[](size_t i) const {
        return data_[i];
    }

    T& operator[](size_t i) {
        return data_[i];
    }

    Foo() :
        one( data_[0]),
        two( data_[1]),
        three( data_[2])
        {};

};


int main()
{
    Foo<int> foo;

    foo[0] = 11;
    foo[1] = 22;
    foo[2] = 33;

    printf( "%d, %d, %d\n", foo.one, foo.two, foo.three);

    Foo<int> const cfoo( foo);

    printf( "%d, %d, %d\n", cfoo[0], cfoo[1], cfoo[2]);

    return 0;
}

Answer 4

您不能这样做，因为编译器可以在成员之间添加无效字节以允许填充。

有两种方法可以做您想要的。

第一种是使用特定于编译器的关键字或编译指示宏，这将强制编译器不添加填充字节。 但这不是便携式的。 也就是说，这可能是满足您的宏要求的最简单方法，因此我建议您探索这种可能性，并准备在使用不同的编译器时添加更多的实用性。

另一种方法是首先确保您的成员对齐，然后添加访问器：

struct Foo {

   T members[ 3 ]; // arrays are guarrantied to be contigu


   T& one() { return members[0]; } 
   const T& one() const { return members[0]; } 
   //etc... 

};

Answer 5

如果您确定所使用的编译器将为此生成正确的代码（我想他们会假设T始终不是引用类型），那么最好的办法就是使用某种检查结构是否按照您的想法进行布局。 我想不出任何特殊原因在相同类型的相邻成员之间插入非均匀填充，但是如果您手动检查结构布局，则至少会知道它是否发生。

例如，如果结构（S）恰好具有N个类型T的成员，则可以在编译时使用sizeof来检查它们是否紧密包装：

struct S {
    T a,b,c;
};

extern const char check_S_size[sizeof(S)==3*sizeof(T)?1:-1];

如果编译成功，那么它们将被紧密包装，因为没有其他空间。

如果您刚好有N个成员，并且要确保它们直接一个接一个地放置，则可以使用offsetof做类似的事情：

class S {
    char x;
    T a,b,c;
};

extern const char check_b_offset[offsetof(S,b)==offsetof(S,a)+sizeof(T)?1:-1];
extern const char check_c_offset[offsetof(S,c)==offsetof(S,b)+sizeof(T)?1:-1];

根据编译器的不同，这可能必须成为运行时检查，可能不使用offsetof －无论如何，您可能要对非POD类型执行此操作，因为未为它们定义offsetof 。

S tmp;
assert(&tmp.b==&tmp.a+1);
assert(&tmp.c==&tmp.b+1);

这并没有说明断言开始失败时的处理方法，但是您至少应该得到一些警告，认为这些假设不成立...

（顺便说一句，在char引用中插入适当的强制类型转换，以此类推。为简洁起见，我省略了它们。）