像数组一样访问成员？

Question

由于阅读了很多警告不要像这样使用联合：

union rgba
{
    struct
    {
        uint8_t r, g, b, a;
    } components;
    uint8_t index[4];
    uint32_t value;
};

因为这是未定义的行为，所以我决定保持简单，如下所示：

struct rgba
{
    uint8_t r, g, b, a;
};

但碰巧有时我确实需要使用索引在循环中访问 r、g、b 和 a，否则我必须分别为每个组件复制相当长的代码。

所以我想到了这个：

struct rgba
{
    u8 r, g, b, a;

    constexpr u8& operator[](size_t x)
    {
        return const_cast<u8*>(&r)[x];
    }
};

这依赖于以下假设：r、g、b 和 a 在内存中以线性方式放置，中间没有隐藏的样板，并且编译器保留变量顺序。

有了这个，我可以像我想要的那样访问组件：

rgba c;
for (int i = 0; i < 3; i++)
    c[i] = i ^ (i + 7);
c.a = 0xFF;

因为我做了相当大的假设，所以我很确定这比使用联合进行类型双关更未定义的行为。我说得对吗？
我还能如何实现类似的设计？
1. 我想尽可能避免写 c.r() = 5，因为它看起来很有趣。
2. c.components[RED] 等访问器使用宏，我想避免使用宏。
3. 考虑到访问此类枚举所需的命名空间，将第 2 点中的宏替换为枚举看起来很难看。想象一下 c.components[Image::Channels::Red].

Answer 1

标准给你关于问题1的答案：

9.2/15: Nonstatic data members of a class with the same access control are allocated so that later members have higher addresses within a class object. The order of allocation of non-static data members with diﬀerent access control is unspeciﬁed. Implementation alignment requirements might cause two adjacent members not to be allocated immediately after each other; so might requirements for space for managing virtual functions and virtual base classes.

问题 2 的答案有多种选择。如果您喜欢数组表示法：

为什么不使用 switch() 来安全地 return 引用正确的元素。
或更好，为什么不用真正的数组替换您的成员？

第一个看起来像：

struct rgba2
{
    uint8_t r, g, b, a;
    constexpr uint8_t& operator[](size_t x)
    {
        assert(x>=0 && x<4);
        switch (x){
            case 0: return r; 
            case 1: return g;  
            case 2: return b;  
            case 3: return a; 
            //default: throw(1);  // not possible with constexpr
        }
    }
};

第二个：

struct rgba3
{
    enum ergb { red, green, blue, alpha};
    uint8_t c[alpha+1];
    constexpr uint8_t& operator[](ergb x)
    {
        assert(x>=0 && x<4);
        return c[x];
    }
};

live demo

Answer 2

您可以使用指向成员的静态指针数组，以符合标准的方式高效地完成此操作。

内存开销是每个 class 一个数组。在优化构建中，当索引在编译时已知时，生成的代码与直接成员访问相同。

这是一些示例代码 (Source)：

#include <iostream>

template<class T>
class Vector3
{
public:
   Vector3(const T &xx, const T &yy, const T &zz) :
      x(xx), y(yy), z(zz)
   {
   };

   T& operator[](size_t idx)
   {
      return this->*offsets_[idx];
   };

   const T& operator[](size_t idx) const
   {
      return this->*offsets_[idx];
   };

public:
   T x,y,z;
private:
   static T Vector3::* const offsets_[3];
};

template<class T>
T Vector3<T>::* const Vector3<T>::offsets_[3] =
{
   &Vector3<T>::x,
   &Vector3<T>::y,
   &Vector3<T>::z
};

int main()
{
   Vector3<float> vec(1,2,3);
   vec[0] = 5;
   std::cout << vec.x << std::endl;
}

像数组一样访问成员？

Accessing members like array?

c++

c++11

strict-aliasing

type-punning