将元组转换为模板中的结构

Question

我正在学习 OpenGL 作为一项练习，并希望推出我自己的数学库，以便使用 C++11 模板轻松进行编程。此问题的解决方案不应调用运行时多态性。

基本的想法是我想要这样的东西（注意这显然不是有效的 C++ 代码）：

template<class T, int n> //element type is T, size is n
class Vector {
    T v1, v2, ... , vn;
public:
    Vector(T v1, ... , T vn);
    ~Vector() noexcept;
    ...
    // more constructors and stuff here.
}

template<T, n>
Vector<T, n> operator +(Vector<T, n> lhs, Vector<T, n> rhs);

...
// more math functions and operators here...

问题是当这些向量作为数组传递给 OpenGL 函数时，我想将它们透明地转换为常规 C 结构。例如，对于n == 3，我想将我的Vector<T, 3> 转换为：

template<class T>
struct Vec3 {
    T v1, v2, v3;
}

这样我就可以打电话了：

Vector<float, 3> vertices[1];
vertices[0] = Vector<float, 3>(1.0f, 1.0f, 1.0f);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

让它正常工作，就好像我使用了 Vec3<float> 的数组一样。我希望 n == 2、n == 3 和 n == 4 有这种行为。我不想编写 3 个类并为每个类实现数学运算符。

我第一次尝试将 SFINAE 与强制转换运算符一起使用：operator T()。

// Inside Vector's declaration...
public:
    operator typename std::enable_if<n == 3, Vec3<T>>::type();

这可能只适用于 n == 3，但我还需要：

    operator typename std::enable_if<n == 2, Vec2<T>>::type();
    operator typename std::enable_if<n == 4, Vec4<T>>::type();

当我实例化 Vector<float, 3> 时，g++ 抱怨 enable_if 没有用于 2 和 4 的 ::type 类型定义。

此时我使用std::array<T, n> 来保存我的值，但我意识到这并没有真正起作用。这是否意味着我的值实际上并不在类中，而是保存在其他地方，因此传递类的数组就像传递std::array<T, n> 的数组，而不是Vec3<T> 的数组？

我目前感兴趣的领域是使用std::tuple<class... Types>，因为它们将值直接存储在类中。这个想法有几个问题：

1. 我想将元组的类型限制为只有一种类型，以便我的 Vector 是同质的。
2. 我希望能够获得元组的大小而不将其存储在我的类中。
3. 我仍然需要以某种方式实现operator Vec3<T>() 和朋友。
4. 我不知道sizeof(tuple<float, float, float>) == sizeof(Vec3<float>) 是否有任何保证我可以安全地将tuple<float, float, float> 转换为Vec3<float> 的内存布局。例如，我听说 g++ 的 stdlib 在类中以相反的顺序存储元组值。

Answer 1

std::array<T, n> 保证是对T[n] 的零开销包装器，因此您可以简单地将其存储在您的类中，并确保没有可能弄乱 OpenGL 调用的填充。