我可以像 C++ 中的数组一样遍历类成员吗？答案

【问题标题】：Can I iterate over class members as though they were an array in C++?我可以像 C++ 中的数组一样遍历类成员吗？
【发布时间】：2017-06-27 15:35:26
【问题描述】：

假设我有一个类似于以下的类：

struct Potato {
    Eigen::Vector3d position;
    double weight, size;
    string name;
};

还有Potatos的集合

std::vector<Potato> potato_farm = {potato1, potato2, ...};

这很明显是一个结构数组 (AoS) 布局，因为假设对于大多数用途，将所有 Potato 的数据集中在一起是有意义的。但是，我可能想计算最常见的名称，其中数组结构 (SoA) 设计使事物与具有名称的事物类型无关（所有人都有名字的数组，地点数组，都带有名称等）C++ 是否有任何工具或技巧可以使 AoS 布局看起来像 SoA 以执行此类操作，或者是否有更好的设计来完成相同的操作？ p>

【问题讨论】：

如何让它变得更容易？或者现在如何计算平均值并不容易？只需遍历您的potato_farm，访问权重，计算平均值，完成。当然，如果您的意思是内存效率更高，那么拥有数组结构可能会有优势，但我不明白不同“外观”的意义，因为获取平均权重的代码差别不大
@tobi303 与具有数组结构的 STL 算法交互要自然得多（每个数组都将具有 begin 和 end 方法，它们可以原生地提供例如 std::accumulate 而无需写一大堆lambda函数来挖掘相关的成员变量）。
@ConnorGlosser 不过，您只需为std::accumulate 编写一个 lambda，不需要太多。使用您的 IMO 数组结构并不“容易”。
@ConnorGlosser 是的，我正在考虑，您必须编写一些样板文件才能使 std::accumulate 访问成员
您的potato_farm 可以为每个成员提供begin 和end 迭代器。该迭代器简单地包装了向量迭代器，但在取消引用时返回适当的成员。然后你会保存 lambdas

标签： c++ arrays

【解决方案1】：

您可以使用 lambdas 访问算法中超出范围的特定成员：

double mean = std::accumulate( potato_farm.begin(), potato_farm.end(), 0.0, []( double val, const Potato &p ) { return val + p.weight; } ) / potato_farm.size();

如果这还不够，你不能让它看起来像数据数组，因为这需要对象在连续的内存中，但你可以让它像一个容器。因此，您可以实现自定义迭代器（例如 type == double 的随机访问迭代器，它对权重成员进行迭代）。 here 描述了如何实现自定义迭代器。您甚至可以将其设为通用，但尚不清楚这是否会更糟，因为正确实施并不是很简单。

【讨论】：

【解决方案2】：

不幸的是，没有语言工具可以通用地将结构更改为 SoA。当您尝试将 SIMD 编程提升到更高水平时，这实际上是一大障碍。

您需要手动创建 SoA。但是，您可以通过创建对 SoA 对象的引用来帮助自己，就像它是一个普通的 Potato 一样。

struct Potato {
    float position;
    double weight, size;
    std::string name;
};
struct PotatoSoARef {
    float& position;
    double& weight;
    double& size;
    std::string& name;
};
class PotatoSoA {
private:
    float* position;
    double* weight;
    double* size;
    std::string* name;
public:
    PotatoSoA(std::size_t size) { /* allocate the SoA */ }
    PotatoSoARef operator[](std::size_t idx) {
        return PotatoSoARef{position[idx], weight[idx], size[idx], name[idx]};
    }
};

这样，无论您是否拥有 Potatos 的 AoS 或 SoA，您都可以通过 arr[idx].position 等方式访问其字段（作为 r 值和 l 值）。编译器很可能会将代理优化掉。

您可能还想添加其他构造函数和访问器。

如果您希望函数具有适用于 AoS 和 SoA 访问模式的统一接口，您可能还对使用返回 PotatoSoARef 的 operator[] 实现常规 AoS 感兴趣。

如果您愿意离开 C++，您可能会对语言扩展感兴趣，例如 Sierra

【讨论】：

【解决方案3】：

正如 Slava 所说，如果不编写自己的迭代器，您将无法从 AoS 数据中获得类似 SoA 的访问权限，我认为真的很难考虑是否使用 STL 算法在这样做之前很重要，特别是如果这不是一个通用的解决方案。无论如何，SoA 数据的主要好处是缓存性能，而不是您正在使用的任何容器的特定语法，除了 实际的 SoA 数据之外没有任何东西可以为您提供。

【讨论】：

【解决方案4】：

使用range-v3（不在C++17 :-/ 中），您可以使用投影或转换视图：

ranges::accumulate(potato_farm, 0., ranges::v3::plus{}, &Potato::weight);

或

auto weightsView = potato_farm | ranges::view::transform([](auto& p) { return p.weight; });
ranges::accumulate(weightsView, 0.);

【讨论】：