联合内结构的重载类型转换运算符的问题

Question

我正在尝试实现一个简单的向量混合功能作为一个宠物项目，以进入模板元编程。在开源数学库 glm 和其他一些关于 SO 的帖子的帮助下，我想出了一个基本上可以工作但有一个错误的解决方案。

我已经实现了几个结构，这些结构包含我需要表示二维欧几里德向量的数据。结构“vec2”有一个联合，它包含一个带有两个元素（浮点数据 [2]）的浮点数组和两个结构“scalarSwizzle”实例，它应该实现 swizzling 机制，它允许我像 vec 一样访问向量。 data[0] 左右 vec.x.

按照我目前实现的代码：

    #include <iostream>

    template<typename T>
    void print(T value)
    {
      std::cout << "print func: " << value << std::endl;
    }

    template<typename T, unsigned int I>
    struct scalarSwiz
    {
      T value[1];

      T &operator=(const T newValue)
      {
        value[I] = newValue;
        return value[I];
      }

      operator T()
      {
        return value[I];
      }
    };


    template<typename T>
    struct vec2
    {
      union
      {
        T data[2];
        scalarSwiz<T, 0> x;
        scalarSwiz<T, 1> y;
      };

      vec2()
      {
        x = 0.0f;
        y = 1.0f;
      }

      vec2(T pA, T pB)
      {
        x = pA;
        y = pB;
      }
    };


    int main(int argc, char *args[])
    {
     vec2<float> vec1{5.0f, 1.0f};

     std::cout << "value vec1.data[0]: " << vec1.data[0] << std::endl;
     std::cout << "value vec1.data[1]: " << vec1.data[1] << std::endl;
     std::cout << "value vec1.x: " << vec1.x << std::endl;
     std::cout << "value vec1.y: " << vec1.y << std::endl << std::endl;

     print(vec1.data[0]);
     print(vec1.data[1]);
     print(vec1.x);
     print(vec1.y);

     std::cin.get();

    }

输出如下：

value vec1.data[0]: 5
value vec1.data[1]: 567.4
value vec1.x: 5
value vec1.y: 567.4

print func: 5
print func: 567.4
print func: 5
print func: 2.5565e-39

我希望直接在 main() 和通过 print() 中打印值的输出是相同的，但是当我通过 print() 函数打印它时 vec.y 没有解析。所以我猜想“scalarSwizzle”中的重载类型转换运算符有问题，但我不知道是什么。 我也不明白的是，为什么 Visual Studio 也无法正确解析值，如下图所示：

vec1.y 似乎指向与 vec.x 相同的物理地址，而 main() 中的直接 std::cout 工作正常。

我已经尝试了几天来解决这个问题，为什么重载的类型转换运算符不适用于 vec.y，但我就是不明白。也许这里有人可以帮助我解决这个问题。

谢谢！

Answer 1

首先

template<typename T, unsigned int I>
struct scalarSwiz
{
  T value[1];

  T &operator=(const T newValue)
  {
    value[I] = newValue;
    return value[I];
  }

  operator T()
  {
    return value[I];
  }
};

如果I != 0（数组访问越界）会导致未定义的行为，因此不要期望您的代码正确甚至稳定。

其次，访问联合的非活动成员也是未定义的行为（根据 c++ 标准）。但是，msvc、gcc 和 clang 扩展了 c++ 标准，因此访问非活动成员的行为就像我们期望的那样。

最后，您的 scalarSwiz 类型可以被匿名结构替换：

template<typename T>
struct vec2
{
  union
  {
    T data[2];
    struct
    {
       T x, y;
    };
  };

  vec2()
  {
    x = 0.0f;
    y = 1.0f;
  }

  vec2(T pA, T pB)
  {
    x = pA;
    y = pB;
  }
};

关于您的 Visual Studio 调试器显示：这是因为您的 scalarSwiz 定义。您定义一个长度为 1 T value[1] 的数组，并将 2 个 scalarSwiz 对象放在一个联合中。因为联合的每个成员共享相同的内存（或者更确切地说从相同的内存位置开始），所以您的两个 value 成员都指向 data 数组的开头。监视窗口仅显示某种类型的成员及其值，它不知道您的古怪索引。而且由于两个数组占用相同的内存，所以显示的值相同。

Answer 2

我更新了关于 Timo 回答的代码：

    #include <iostream>

    template<typename T>
    void print(T value)
    {
      std::cout << "print func: " << value << std::endl;
    }

    template<typename T>
    struct vec2
    {
      union
      {
        T data[2];
        struct
        {
          T x, y;
        };
      };

      vec2()
      {
        x = 0.0f;
        y = 1.0f;
      }

      vec2(T pA, T pB)
      {
        x = pA;
        y = pB;
      }
    };


    int main(int argc, char *args[])
    {
     vec2<float> vec1{5.0f, 1.0f};

     std::cout << "value vec1.data[0]: " << vec1.data[0] << std::endl;
     std::cout << "value vec1.data[1]: " << vec1.data[1] << std::endl;
     std::cout << "value vec1.x: " << vec1.x << std::endl;
     std::cout << "value vec1.y: " << vec1.y << std::endl << std::endl;

     print(vec1.data[0]);
     print(vec1.data[1]);
     print(vec1.x);
     print(vec1.y);

     std::cin.get();

    }