命名数组元素或联合中的结构和数组

Question

考虑以下结构：

struct Vector4D
{
   union
   {
      double components[4];
      struct { double x, y, z, t; } Endpoint;
   };
};

在我看来，我在 WinApi 的 IPAddress 结构中看到了类似的东西。这个想法是让我可以按索引和名称使用数组组件，例如：

Vector4D v;
v.components[2] = 3.0;
ASSERT(v.Endpoint.z == 3.0) //let's ignore precision issues for now

在 C++ 标准中，保证在 POD 结构的开头不会有“空”空间，也就是说，元素 x 将位于 Endpoint 结构的开头。目前很好。但我似乎没有找到任何保证不会有空格或填充，如果你愿意的话，在x 和y，或y 和z 等之间。我还没有签出不过是 C99 标准。

问题是，如果 Endpoint struct 元素之间有空格，那么这个想法就行不通了。

问题：

1. 我说得对吗，确实不能保证这在 C 或 C++ 中都能工作。

2. 这实际上适用于任何已知的实现吗？换句话说，您知道有哪些实现方式不起作用吗？

3. 是否有任何标准（我的意思不是特定于编译器）的方式来表达相同的想法？也许 C++0x 对齐功能可能会有所帮助？

顺便说一句，这不是我在生产代码中做的事情，别担心，只是好奇。提前致谢。

Answer 1

1. 是的
2. 取决于架构的对齐需求和编译器策略
3. 不，但你可以创建一个对象包装器（但你最终会得到.z() 而不仅仅是.z）

大多数编译器应该支持使用编译指示或属性压缩结构。以#pragma pack 为例。

Answer 2

您可以通过引用数组的每个元素来规避任何内存对齐问题，只要您在类中的引用之前声明数组以确保它们指向有效数据。话虽如此，我怀疑对齐是否会成为双打的问题，但可能适用于其他类型（也许浮动在 64 位拱门上？）

#include <iostream>
using namespace std;

struct Vector4D
{
    Vector4D() : components(), x(components[0]), y(components[1]), z(components[2]), t(components[3]) { }

    double components[4];

    double& x;
    double& y;
    double& z;
    double& t;
};

int main()
{
    Vector4D v;

    v.components[0] = 3.0;
    v.components[1] = 1.0;
    v.components[2] = 4.0;
    v.components[3] = 15.0;

    cout << v.x << endl;
    cout << v.y << endl;
    cout << v.z << endl;
    cout << v.t << endl;
}

希望这会有所帮助。

Answer 3

说到标准，有两个问题：

• 未指定在向联合中的元素写入并从另一个元素中读取时会发生什么，请参阅 C 标准 6.2.6.1 和 K.1
• 标准不保证结构体的布局与数组的布局相匹配，详见C标准6.7.2.1.10。

话虽如此，实际上这将适用于普通编译器。事实上，这种代码被广泛传播，并且经常用于将一种类型的值重新解释为另一种类型的值。

Answer 4

填充字节不会引起问题，因为所有变量都是double 类型。编译器会将Vector4D 视为double 数组。这意味着，v.Endpoint.z 本质上与v[2] 相同。