重载索引运算符以模仿 POD 多维数组？

Question

我有一个现有的课程，其结构如下：

class Matrix
{
public:
    float Data[4][4];
    // ... methods
};

并随后用于以下方式：

Matrix m;
m.Data[0][0] = 1.0f;
float local = m.Data[0][0];
//...

我想用重载的索引运算符替换Data 成员，这样我就可以对使用的索引执行范围检查。虽然我可以更改 Matrix 类本身及其成员函数的实现，但我无法修改其在现有代码中的用法，因此任何解决方案都要求用法语法保持相同。还希望解决方案不会改变sizeof(Matrix)。有没有办法做到这一点？

Answer 1

一般这种事情，你需要使用代理类来处理第二个索引操作符。它看起来像这样并进入Matrix 类的private 部分。我将省略边界检查（您自己添加它应该不难）。

class Proxy {
    Matrix& ref;
    size_t i;
public:
    Proxy(Matrix& on, size_t i) : ref(on), i(i) {}
    float operator[] (size_t j) {
        return ref.Data[i][j];
    }
};

然后让您的 Matrix::operator[] 返回此类的一个实例：

Proxy operator[] (size_t i) {
    return Proxy(*this, i);
}

请注意，如果您想要一个 const 重载（即，您想要在 const Matrix 对象上使用索引运算符），您将需要一个单独的 ConstProxy 类，该类具有 const Matrix& ref 而不是 Matrix& ref 但在其他方面是相同的.

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还可以选择返回对数组的引用。 （注意：正如其中一位 cmets 所指出的，这对边界检查没有多大帮助，但我认为这很有趣，所以我将其留在这里。）

float (&operator[](size_t i))[4] {
    return Data[i];
}

它的语法相当晦涩，我相信它在 Visual Studio 2013 中不起作用，但您可以使用 typedef 使其更简洁。

using Proxy = float[4];
Proxy& operator[](size_t i) {
    return Data[i];
}

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如果您不介意放弃方括号索引，还有另一种选择。您可以像这样重载函数调用运算符：

float operator()(size_t i, size_t j) {
    return Data[i][j];
}

Answer 2

另一种方式是定义一个具有向量语义的代理类

 class Matrix
{
public:
    struct SubMatrix
    {
        class Vector
        {
        public:
            Vector(float *data) : Data(data) {}
            float &operator[](int index) { return Data[index]; }
        private:
            float *Data;
        };
        Vector operator[](int index)
        {
            return Vector(Data[index]);
        }
        float Data[4][4];
    };
    SubMatrix Data;
    // ... methods
};

那么你可以这样使用它：

Matrix m;
float f = m.Data[1][2];