使用指针和偏移量遍历结构成员的向量

Question

我正在尝试通过不跟踪指针来优化一段代码，就像我现在一样。我想创建一个常量偏移量以添加到存储的指针以获取下一个数据条目，请参见下面的代码。但是，数据位于类或结构旁边，包含不同的数据类型。

所以我在下面的代码sn-p中得到了正确的行为，即输出为1、2、3。

#include <iostream>
#include <vector>

// knows nothing about foo
class Readfoo
{ 
    private:
    int offset;
    double* pdouble;

    public:
    void SetPoint(double* apdouble, int aoffset)  
    {
        offset = aoffset;
        pdouble = apdouble;
    };

    const double& printfoo(int aidouble) const
    {
       return *(pdouble + offset*aidouble);
    };
};

// knows nothing about readFoo
struct foo
{ 
    int a[5];
    double b[10];
};

int main() 
{
    // populate some data (choose b [2] or other random entry.).
    std::vector<foo> bar(10);
    bar[0].b[2] = 1;
    bar[1].b[2] = 2;
    bar[2].b[2] = 3;

    // access b[2] for each foo using an offset.
    Readfoo newReadfoo;
    newReadfoo.SetPoint(&(bar[0].b[2]), sizeof(foo)/sizeof(double));
    for(int ii = 0; ii < 3; ii++)
    {        
        std::cout<<"\n"<<newReadfoo.printfoo(ii);
    }
    return 0;
}

我的问题有两个：

1. 这段代码真的合法吗？它会产生未定义的行为吗？
2. 如果不合法，有没有办法在不存储实际指针的情况下，通过 foo 访问 b[2] 进行迭代，在上述情况下，使用某种形式的常量偏移量（例如在起始位置之间添加位数）每个数据条目的地址。）？

Answer 1

不，这不是合法的 C++。仅当您留在同一个数组内（或超过数组末尾）时才定义指针算法。

expr.add#4

当一个整数类型的表达式J被添加到一个指针类型的表达式P或从中减去时，结果的类型为P。

• (4.1) 如果P 的计算结果为空指针值，而J 的计算结果为0，则结果为空指针值。

• (4.2) 否则，如果P 指向具有n 个元素的数组对象x 的元素x[i]，则表达式P + J 和J + P（其中J 的值为j）指向（可能-假设的）元素x[i+j] 如果0≤i+j≤n 和表达式P - J 指向（可能是假设的）元素x[i−j] 如果0≤i−j≤n。

• (4.3) 否则，行为未定义。

(4.1) 不适用，因为您不在nullptrs 上操作。 (4.2) 不适用，因为您正在使用double*，因此标准引用中的x 必须是double 数组，即结构的b 成员。根据剩下的（4.3），用指针算术离开它的边界是未定义的行为。

您在这里尝试做的正是一个好的编译器应该（并且将会）在后台做的事情：

volatile double output;

void bar(std::vector<foo> bar, int innerOffset)
{
    for (foo& f : bar)
        output = f.b[innerOffset];
}

https://godbolt.org/z/S9qkTf

注意反汇编如何执行您想要的指针运算（因为编译器知道它在目标平台上工作）。这是最里面的循环：

.L3:
    movsd   xmm0, QWORD PTR [rax+24+rsi*8]
    add     rax, 104
    movsd   QWORD PTR output[rip], xmm0
    cmp     rdx, rax
    jne     .L3

104 字节正好是 foo 的大小。 [rax+24+rsi*8] 表达式正在免费执行所有额外的指针运算。