使用成员变量创建数学向量，例如 XYZW 和 RGBA 的访问-解网

问：

我想创建一个类（不像，而是一个数学向量），它接受基础类型及其大小的模板参数。Vectorstd::vector

访问其元素将如下所示：

// template <typename T, std::size_t N>
Vector<std::uint8_t, 3> vec{};

vec.x = 10;
vec.y = 12;
vec[2] = 14;

// if the size is 4: 
// vec.w = 16;

我想要，如果它的大小是 3 和 4，则可以访问，但如果它的大小小于 3 或大于 4，则它们都不能访问，并且与 RGBA 相同。我不想使用方法（如），只需像普通成员变量一样访问它们。在所有情况下，我仍然希望能够拥有自己的下标运算符。.x.y.z.w.x()

我的想法是创建一个“基”类，该类将包含所有通用方法，然后从中派生。Vector

template <typename T, std::size_t N>
struct Vector {
};

template <typename T>
struct Vector<T, 3> : Vector<T, 1> {
    union {
        T x, r;
    };
    union {
        T y, g;
    };
    union {
        T z, b;
    };
};

template <typename T>
struct Vector<T, 4> : Vector<T, 3> {
    union {
        T w, a;
    };
};

但是，要实现某些方法（例如下标运算符），我需要在“基”类中为数据（如）创建一个数组。这将使数组和联合成为内存中的不同对象，并且根本不起作用。T data[N];

我现在想知道是否有一些方法可以实现所需的行为，而无需创建一些额外的类（例如）并为那些大小从 2 到 4 的类提供重复代码。Vector3<T>Vector

C++ 向量联合

#include <cstddef>
#include <utility>

template <typename T, std::size_t N>
struct Vector {
    const T& operator[](std::size_t i) const {
        // obtain pointer to the bytes of this object
        auto bytes = reinterpret_cast<const std::byte*>(this);
        // access the T object which is presumably stored at this byte offset
        return *reinterpret_cast<const T*>(bytes + i * sizeof(T));
    }

    T& operator[](std::size_t i) {
        // One of the few safe use cases of const_cast:
        // Add an unnecessary const and remove it with const_cast.
        return const_cast<T&>(std::as_const(*this)[i]);
    }
};

这种实现假设所有的 s 都布置在一个数组中，这是一个合理的假设。请注意，这是无效的，因为不是的数组，并且对此类指针进行指针算术操作将是未定义的行为。Tstructreinterpret_cast<T*>VectorT

您可以通过以下方式确保布局正确：

static_assert(sizeof(Vector<int, 4>) == sizeof(int[4]));

如果您的类型具有（但是实现，则其他操作将变得易于实现。operator[]

template <typename T, std::size_t N>
Vector<T, N> operator+(const Vector<T, N>& a, const Vector<T, N>& b) {
    Vector<T, N> result;
    for (std::size_t i = 0; i < N; ++i) {
        result[i] = a[i] + b[i];
    }
    return result;
}

指针算术注意事项`std::byte`

从技术上讲，对对象的底层序列进行指针算术是未定义的行为，但这更像是标准的缺陷，没有编译器强制执行。看：std::byte

@MooingDuck它通过内联和持续传播得到优化，因为这是一个微不足道的例子。你可以很容易地想出一个不那么平凡的例子：godbolt.org/z/bsYWx4Wrb 使用函数获得完全幼稚的代码生成，而使用函数的函数获得矢量化操作。您可能会看到基准测试存在显着差异。（tbf 我认为 GCC 在这里绊倒了;在这种特定情况下，矢量化版本是否更好并不明显）switchreinterpret_cast

上一个：作者对 optional<bool> 的基于联合的实现是否在 P2641 中定义得当？

下一个：来自 C 的 Dart FFI 结构

使用成员变量创建数学向量，例如 XYZW 和 RGBA 的访问

Create mathematical vector with member variable like access for XYZW and RGBA

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使用成员变量创建数学向量，例如 XYZW 和 RGBA 的访问

Create mathematical vector with member variable like access for XYZW and RGBA

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