通过指针算法访问结构数据成员

Question

如果我有一个像这样的简单张量类

struct Tensor
{
    double XX, XY, XZ;
    double YX, YY, YZ;
    double ZX, ZY, ZZ;
}

使用指针算术（参见下文）访问其元素是否是未定义的行为？

 double& Tensor::operator[](int i) 
{ 
    assert(i < 9); 
    return (&XX)[i]; 
}

Answer 1

是的，这是未定义的行为。

数据成员不在数组中，因此不能保证像指针算法所要求的那样将它们连续地存储在连续的内存中。它们之间可能会产生不确定的填充。

正确的方法是分别访问成员，例如：

double& Tensor::operator[](int i)
{
    switch (i)
    {
        case 0: return XX;
        case 1: return XY;
        case 2: return XZ;
        case 3: return YX;
        case 4: return YY;
        case 5: return YZ;
        case 6: return ZX;
        case 7: return ZY;
        case 8: return ZZ;
        default: throw std::out_of_range("invalid index");
    }
}

或者，如果您确实要使用数组语法：

double& Tensor::operator[](int i)
{
    if ((i < 0) || (i > 8))
        throw std::out_of_range("invalid index");

    double* arr[] = {
        &XX, &XY, &XZ,
        &YX, &YY, &YZ, 
        &ZX, &ZY, &ZZ
    };

    return *(arr[i]);
}

要么

double& Tensor::operator[](int i)
{
    if ((i < 0) || (i > 8))
        throw std::out_of_range("invalid index");

    static double Tensor::* arr[] = {
        &Tensor::XX, &Tensor::XY, &Tensor::XZ,
        &Tensor::YX, &Tensor::YY, &Tensor::YZ, 
        &Tensor::ZX, &Tensor::ZY, &Tensor::ZZ
    };

    return this->*(arr[i]);
}

否则，对数据使用实际的数组，并定义访问元素的方法：

struct Tensor
{
    double data[9];

    double& XX() { return data[0]; }
    double& XY() { return data[1]; }
    double& XZ() { return data[2]; }
    double& YX() { return data[3]; }
    double& YY() { return data[4]; }
    double& YZ() { return data[5]; }
    double& ZX() { return data[6]; }
    double& ZY() { return data[7]; }
    double& ZZ() { return data[8]; }

    double& operator[](int i)
    {
        if ((i < 0) || (i > 8))
            throw std::out_of_range("invalid index");
        return data[i];
    }
};

Answer 2

有一个cppcon谈话提到了这一点！

是的，这是未定义的行为，因为类和数组不共享公共的初始序列。

编辑：Miro Knejp在3:44左右介绍了这张幻灯片，如果您想为幻灯片上的所有非c ++提供更多背景信息，但是问题和答案实际上是您所讨论的话题的唯一部分。