重载内部没有数组的[]操作符

Overloading the [] operator with no array internally

本文关键字：操作符 数组 内部 重载      更新时间：2023-10-16

我看到了以下代码:

class SomeClass
{
public:
    int mA;
    int mB;
    int mC;
    int mD;
    int operator[] (const int index) const
    {
        return ((int*)(this))[index];
    }
};

这是如何工作的?我知道这个关键字是指向这个类的指针，但没有属性知道有多少变量…我们如何安全地访问"this"指针的[index] ?

不推荐这种类型的东西，因为它不受c++标准的保证。然而，大多数编译器确实显式地定义了它们的内存布局行为(通常基于每个体系结构)，并提供#pragma来操纵打包行为(例如MSVC中的#pragma pack)。如果您了解/利用这些特性，您可以使它在大多数给定的编译器/体系结构上工作。然而，它将不可移植!对于每个新的编译器，您都需要重新测试和调整，这是一项代价高昂的维护任务。一般来说，我们更喜欢易于移植。

如果你真的想这样做，你可以添加一个static_assert来验证编译器的行为。

int operator[] (const int index) const
{
    static_assert(sizeof(SomeClass) == 4 * sizeof(mA), "Padding not supported");
    return ((int*)(this))[index];
}

因为标准不允许对成员重新排序，所以从逻辑上我们可以推断，如果SomeClass的大小是16，那么这段代码将按预期工作。有了assert，如果有人在不同的编译器上构建，并且它试图填充它(从而把我们搞砸了)，我们至少会得到通知。

然而，我们可以符合标准并实现数组槽的名称。您可以考虑这样的模式:

class SomeClass
{
    enum Index {
        indexA,
        indexB,
        indexC,
        indexD,
        indexCount;
    };
    int mData[indexCount];
public:
    int operator[] (const int index) const
    {
        return mData[index];
    }
    int& A() { return mData[indexA]; }
    int& B() { return mData[indexB]; }
    int& C() { return mData[indexC]; }
    int& D() { return mData[indexD]; }
};

这提供了类似的功能，但由c++标准保证。

这个'工作'只是因为它是未定义的行为。编译器为mB选择的内存位置恰好与&mA + 1相同，mC的地址是&mA + 2和&mB + 1，以此类推。

然而，类确实是"标准布局"(所有数据成员都有相同的访问说明符，并且没有使用继承[n3337§9 p7])，这在传统上确实产生了成员变量的这种组织。但这并不能保证。"标准布局"可能意味着其他东西，比如成员之间的一些填充量[n3337§9.2 p14]，但我怀疑有没有任何平台真正做到了这一点。

规范确实说，在一个对象之后获取地址是合法的，所以计算&mA + 1是合法的。[n3337§5.7 p5]规范还规定，无论指针是如何计算的，具有正确类型和值的指针都指向对象。

如果一个T类型的对象位于地址A，则一个cv T*类型的指针(其值为地址A)被称为指向该对象，而不管该值是如何获得的。[注:例如，数组末尾后1的地址(5.7)将被认为指向可能位于该地址的数组元素类型的不相关对象。]本;[n3337§3.9.2 p3]

在审查了§5.9和§5.10之后，我认为以下可能在技术上是合法的，尽管它可能有未指定的行为:

if (&mA + 1 == &mB && &mB + 1 == &mC && &mC + 1 == &mD) {
    return ((int*)(this))[index];
}

即使强制转换也是合法的，因为规范中说标准布局类可以强制转换为指向其第一个成员的指针。[n3337§9.2 p20]

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