将元组转换为模板中的结构

Question

我正在学习 OpenGL 作为练习，并希望推出我自己的数学库，以便使用 C++11 模板进行舒适的编程。此问题的解决方案不应调用运行时多态性。

基本的想法是我想要这样的东西（注意这显然不是有效的 C++ 代码）：

template<class T, int n> //element type is T, size is n
class Vector {
    T v1, v2, ... , vn;
public:
    Vector(T v1, ... , T vn);
    ~Vector() noexcept;
    ...
    // more constructors and stuff here.
}

template<T, n>
Vector<T, n> operator +(Vector<T, n> lhs, Vector<T, n> rhs);

...
// more math functions and operators here...

问题是当它们作为数组传递给 OpenGL 函数时，我想将这些向量透明地转换为常规 C 结构。例如，对于 n == 3，我想将我的 Vector<T, 3> 转换为：

template<class T>
struct Vec3 {
    T v1, v2, v3;
}

这样我就可以打电话了：

Vector<float, 3> vertices[1];
vertices[0] = Vector<float, 3>(1.0f, 1.0f, 1.0f);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

让它正常工作，就好像我使用了 Vec3<float> 的数组一样。我想要 n == 2、n == 3 和 n == 4 的这种行为。我不想写 3 classes 并为每个实现数学运算符。

我第一次尝试将 SFINAE 与转换运算符一起使用：operator T()。

// Inside Vector's declaration...
public:
    operator typename std::enable_if<n == 3, Vec3<T>>::type();

这可能只适用于 n == 3，但我还需要：

    operator typename std::enable_if<n == 2, Vec2<T>>::type();
    operator typename std::enable_if<n == 4, Vec4<T>>::type();

当我实例化 Vector<float, 3>.

时，g++ 抱怨 enable_if 没有 2 和 4 的 ::type typedef

此时我正在使用 std::array<T, n> 来保存我的值，但我意识到这并没有真正起作用。这是否意味着我的值实际上不在 class 中，而是保存在其他地方，因此传递 class 的数组就像传递 std::array<T, n> 的数组一样，而不是Vec3<T>?

的数组

我目前感兴趣的领域是使用 std::tuple<class... Types>，因为它们将值直接存储在 class 中。这个想法有几个问题：

我想限制元组的类型只能是一种类型，这样我的Vector是同构的。
我希望能够获取元组的大小而不将其存储在我的class中。
我还需要以某种方式实现 operator Vec3<T>() 和朋友们。
我不知道是否 sizeof(tuple<float, float, float>) == sizeof(Vec3<float>)，或任何关于内存布局的保证允许我安全地（比如）将 tuple<float, float, float> 转换为 Vec3<float>。例如，我听说 g++ 的 stdlib 在 class 中以相反的顺序存储元组值。

Answer 1

std::array<T, n> 保证是 T[n] 上的零开销包装器，因此您可以简单地将其存储在 class 中，并确保没有可能会扰乱 OpenGL 的填充来电。

将元组转换为模板中的结构

Convert a Tuple to a Struct in a Template

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