从向量 AND 派生向量 3D，需要保留字段 x y z

Question

我有一个矢量 3D 类

class Vector3D{
    public: float x; float y; float z;
    //some functions, e.g. operator+ - * / 
    //some 3D-specific function
};

和一个向量 N-D 类。

template<int constSize> class VecFloatFix{
    float database[constSize];
    //some functions, e.g. operator+ - * / 
};

我注意到两个类之间存在代码重复，所以我认为我应该让 Vector3D 派生自 VecFloatFix<3> :-

class Vector3D : public VecFloatFix<3>{
    //some 3D-specific function
};

似乎一切都很好，只是有很多用户代码直接访问Vector3D::x,y,z。

是否可以在不破坏用户代码的情况下使Vector3D 派生自VecFloatFix<3>？

我最好的猜测是：-

template<int constSize> class VecFloatFix{
    union{
        float database[constSize];
        float x,y,z;  ?????  sound like a hack
    }
    //some functions, e.g. operator+ - * / 
};

编辑：将x,y,z 硬编码为VecFloatFix 是不可持续的。
如果我有一个派生自VecFloatFix<2> 的新类Vector2D，Vector2D::z 将编译得很好（危险）。

Answer 1

这是一个版本，它只公开了大小为 3 的向量的 x、y、z 分量。显然其他大小也可能是专门的。

template<int constSize> struct VecFloatStorage
{
    float database[constSize];
};

template<> struct VecFloatStorage<3>
{
    union
    {
        float database[3];
        struct { float x, y, z; };
    };
};

template<int constSize> class VecFloatFix : public VecFloatStorage<constSize>
{
public:
    // Methods go here.
};

我不知道标准是否保证struct { float x, y, z; } 与float data[3] 具有相同的内存布局，但实际上我很确定这个假设成立。

GLM 库使用了类似的技巧，只是它们根本没有数组成员，而是提供了一个返回 (&this->x)[idx] 的索引运算符。

Answer 2

由于它使用实现定义的和可能未定义的行为，因此无法保证它可以正常工作。 明智的实现将可能按预期运行。

template<int constSize> 
class VecFloatFix{
public:
  union {
    float database[constSize];
    struct {
        int x, y, z;
    };
  };
};

这也使database 公开。没有办法解决这个问题，但没什么大不了的，因为无论如何你都提供了operator[]。

假设constSize >= 3。如果你需要更小的尺寸，这可以通过更多的黑客来实现。所有向量都将具有 x y 和 z 成员，但只有 3D 及更高版本才能使它们全部可用。二维向量将只有x 和y 可用（任何z 的使用都可能导致错误），而一维向量将只有x。请注意，我拒绝对以下任何内容负责。

template<int constSize>
class VecFloatFix{
    public:
        union {
            float database[constSize];
            struct {
                float x;
            };
            struct {
                spacer<constSize, 1> sp1;
                typename spacer<constSize, 1>::type y;
            };
            struct {
                spacer<constSize, 2> sp2;
                typename spacer<constSize, 2>::type z;
            };
        };
};

spacer 是这样定义的：

template <int N, int M, bool enable>
struct filler;

template <int N, int M>
struct filler<N, M, true>
{
    float _f[M];
    typedef float type;
};

template <int N, int M>
struct filler<N, M, false>
{
    struct nothing {};
    typedef nothing type;
};

template <int N, int M>
struct spacer
{
    filler<N, M, (N>M)> _f;
    typedef typename filler<N, M, (N>M)>::type type;
};

试驾：

VecFloatFix<4> vec4;
VecFloatFix<3> vec3;
VecFloatFix<2> vec2;
VecFloatFix<1> vec1;

`smoke test`
vec3.database[0] = 42;
vec2.database[1] = 99;
std::cout << vec3.x << std::endl;
std::cout << vec2.y << std::endl;

// make sure `y` aliases `database[1]`
std::cout << & vec2.y << std::endl;
std::cout << & vec2.database[1] << std::endl;

// make sure sizes are as expected
std::cout << sizeof(vec4) << " " << sizeof (vec3) << " " << sizeof(vec2) << " " << sizeof(vec1) << std::endl;