c++ - 指向类数据成员“::*”的指针

Question

我遇到了这个编译得很好的奇怪代码片段：

class Car
{
    public:
    int speed;
};

int main()
{
    int Car::*pSpeed = &Car::speed;
    return 0;
}

为什么C++ 有这个指向类的非静态数据成员的指针？这个奇怪的指针在实际代码中有什么用？

score 223 · Accepted Answer

它是一个“指向成员的指针”——下面的代码说明了它的用法：

#include <iostream>
using namespace std;

class Car
{
    public:
    int speed;
};

int main()
{
    int Car::*pSpeed = &Car::speed;

    Car c1;
    c1.speed = 1;       // direct access
    cout << "speed is " << c1.speed << endl;
    c1.*pSpeed = 2;     // access via pointer to member
    cout << "speed is " << c1.speed << endl;
    return 0;
}

至于您为什么要这样做，它为您提供了另一个层次的间接性，可以解决一些棘手的问题。但老实说，我从来没有在自己的代码中使用过它们。

编辑：我想不出一个令人信服的使用指向成员数据的指针。指向成员函数的指针可用于可插拔架构中，但再次在狭小的空间中生成示例让我失望。以下是我最好的（未经测试的）尝试 - 在将用户选择的成员函数应用于对象之前会执行一些前后处理的 Apply 函数：

void Apply( SomeClass * c, void (SomeClass::*func)() ) {
    // do hefty pre-call processing
    (c->*func)();  // call user specified function
    // do hefty post-call processing
}

括号c->*func是必要的，因为->*运算符的优先级低于函数调用运算符。

score 103 · Accepted Answer

这是我能想到的最简单的示例，它传达了与此功能相关的罕见情况：

#include <iostream>

class bowl {
public:
    int apples;
    int oranges;
};

int count_fruit(bowl * begin, bowl * end, int bowl::*fruit)
{
    int count = 0;
    for (bowl * iterator = begin; iterator != end; ++ iterator)
        count += iterator->*fruit;
    return count;
}

int main()
{
    bowl bowls[2] = {
        { 1, 2 },
        { 3, 5 }
    };
    std::cout << "I have " << count_fruit(bowls, bowls + 2, & bowl::apples) << " apples\n";
    std::cout << "I have " << count_fruit(bowls, bowls + 2, & bowl::oranges) << " oranges\n";
    return 0;
}

这里要注意的是传入count_fruit的指针。这使您不必编写单独的 count_apples 和 count_oranges 函数。

score 66 · Accepted Answer

另一个应用是侵入式列表。元素类型可以告诉列表它的下一个/上一个指针是什么。所以列表不使用硬编码的名称，但仍然可以使用现有的指针：

// say this is some existing structure. And we want to use
// a list. We can tell it that the next pointer
// is apple::next.
struct apple {
    int data;
    apple * next;
};

// simple example of a minimal intrusive list. Could specify the
// member pointer as template argument too, if we wanted:
// template<typename E, E *E::*next_ptr>
template<typename E>
struct List {
    List(E *E::*next_ptr):head(0), next_ptr(next_ptr) { }

    void add(E &e) {
        // access its next pointer by the member pointer
        e.*next_ptr = head;
        head = &e;
    }

    E * head;
    E *E::*next_ptr;
};

int main() {
    List<apple> lst(&apple::next);

    apple a;
    lst.add(a);
}

score 47 · Accepted Answer

这是我现在正在处理的一个真实示例，来自信号处理/控制系统：

假设您有一些表示您正在收集的数据的结构：

struct Sample {
    time_t time;
    double value1;
    double value2;
    double value3;
};

现在假设您将它们填充到向量中：

std::vector<Sample> samples;
... fill the vector ...

现在假设您想计算一个变量在一系列样本上的某个函数（例如平均值），并且您想将该平均值计算分解为一个函数。指向成员的指针使它变得容易：

double Mean(std::vector<Sample>::const_iterator begin, 
    std::vector<Sample>::const_iterator end,
    double Sample::* var)
{
    float mean = 0;
    int samples = 0;
    for(; begin != end; begin++) {
        const Sample& s = *begin;
        mean += s.*var;
        samples++;
    }
    mean /= samples;
    return mean;
}

...
double mean = Mean(samples.begin(), samples.end(), &Sample::value2);

注意 2016/08/05 编辑，以获得更简洁的模板函数方法

而且，当然，您可以对其进行模板化，以计算任何前向迭代器和任何支持与自身相加和除以 size_t 的值类型的平均值：

template<typename Titer, typename S>
S mean(Titer begin, const Titer& end, S std::iterator_traits<Titer>::value_type::* var) {
    using T = typename std::iterator_traits<Titer>::value_type;
    S sum = 0;
    size_t samples = 0;
    for( ; begin != end ; ++begin ) {
        const T& s = *begin;
        sum += s.*var;
        samples++;
    }
    return sum / samples;
}

struct Sample {
    double x;
}

std::vector<Sample> samples { {1.0}, {2.0}, {3.0} };
double m = mean(samples.begin(), samples.end(), &Sample::x);

编辑 - 上面的代码具有性能影响

你应该注意到，正如我很快发现的那样，上面的代码有一些严重的性能影响。总结是，如果您要计算时间序列的汇总统计量，或计算 FFT 等，那么您应该将每个变量的值连续存储在内存中。否则，遍历该系列将导致每个检索到的值的缓存未命中。

考虑这段代码的性能：

struct Sample {
  float w, x, y, z;
};

std::vector<Sample> series = ...;

float sum = 0;
int samples = 0;
for(auto it = series.begin(); it != series.end(); it++) {
  sum += *it.x;
  samples++;
}
float mean = sum / samples;

在许多架构上，一个实例Sample将填充一个缓存行。因此，在循环的每次迭代中，都会将一个样本从内存中提取到缓存中。缓存行中的 4 个字节将被使用，其余的被丢弃，下一次迭代将导致另一个缓存未命中、内存访问等。

这样做要好得多：

struct Samples {
  std::vector<float> w, x, y, z;
};

Samples series = ...;

float sum = 0;
float samples = 0;
for(auto it = series.x.begin(); it != series.x.end(); it++) {
  sum += *it;
  samples++;
}
float mean = sum / samples;

现在，当第一个 x 值从内存中加载时，接下来的三个也将加载到缓存中（假设合适的对齐方式），这意味着您不需要为接下来的三个迭代加载任何值。

通过在例如 SSE2 架构上使用 SIMD 指令，可以进一步改进上述算法。但是，如果这些值在内存中都是连续的，并且您可以使用一条指令将四个样本一起加载（在以后的 SSE 版本中更多），则这些工作会更好。

YMMV - 设计您的数据结构以适合您的算法。

score 39 · Accepted Answer

您可以稍后在任何实例上访问此成员：

int main()
{    
  int Car::*pSpeed = &Car::speed;    
  Car myCar;
  Car yourCar;

  int mySpeed = myCar.*pSpeed;
  int yourSpeed = yourCar.*pSpeed;

  assert(mySpeed > yourSpeed); // ;-)

  return 0;
}

请注意，您确实需要一个实例来调用它，因此它不像委托那样工作。
它很少使用，我多年来可能需要它一两次。

通常使用接口（即 C++ 中的纯基类）是更好的设计选择。

score 26 · Accepted Answer

IBM有更多关于如何使用它的文档。简而言之，您将指针用作类的偏移量。除了它们引用的类之外，您不能使用这些指针，因此：

  int Car::*pSpeed = &Car::speed;
  Car mycar;
  mycar.*pSpeed = 65;

看起来有点晦涩，但一个可能的应用是，如果您尝试编写代码以将通用数据反序列化为许多不同的对象类型，并且您的代码需要处理它完全不知道的对象类型（例如，您的代码是在库中，并且您反序列化的对象是由您的库的用户创建的）。成员指针为您提供了一种通用的、半易读的方式来引用各个数据成员的偏移量，而不必像 C 结构那样使用无类型的 void * 技巧。

score 20 · Accepted Answer

它使得以统一的方式绑定成员变量和函数成为可能。以下是您的 Car 类的示例。更常见的用法是绑定std::pair::first以及::second在 STL 算法和地图上的 Boost 中使用时。

#include <list>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <boost/lambda/lambda.hpp>
#include <boost/lambda/bind.hpp>


class Car {
public:
    Car(int s): speed(s) {}
    void drive() {
        std::cout << "Driving at " << speed << " km/h" << std::endl;
    }
    int speed;
};

int main() {

    using namespace std;
    using namespace boost::lambda;

    list<Car> l;
    l.push_back(Car(10));
    l.push_back(Car(140));
    l.push_back(Car(130));
    l.push_back(Car(60));

    // Speeding cars
    list<Car> s;

    // Binding a value to a member variable.
    // Find all cars with speed over 60 km/h.
    remove_copy_if(l.begin(), l.end(),
                   back_inserter(s),
                   bind(&Car::speed, _1) <= 60);

    // Binding a value to a member function.
    // Call a function on each car.
    for_each(s.begin(), s.end(), bind(&Car::drive, _1));

    return 0;
}

score 11 · Accepted Answer

您可以使用指向（同质）成员数据的指针数组来启用双重命名成员（iexdata）和数组下标（即x[idx]）接口。

#include <cassert>
#include <cstddef>

struct vector3 {
    float x;
    float y;
    float z;

    float& operator[](std::size_t idx) {
        static float vector3::*component[3] = {
            &vector3::x, &vector3::y, &vector3::z
        };
        return this->*component[idx];
    }
};

int main()
{
    vector3 v = { 0.0f, 1.0f, 2.0f };

    assert(&v[0] == &v.x);
    assert(&v[1] == &v.y);
    assert(&v[2] == &v.z);

    for (std::size_t i = 0; i < 3; ++i) {
        v[i] += 1.0f;
    }

    assert(v.x == 1.0f);
    assert(v.y == 2.0f);
    assert(v.z == 3.0f);

    return 0;
}

score 2 · Accepted Answer

我使用它的一种方法是，如果我有两个关于如何在一个类中做某事的实现，并且我想在运行时选择一个，而不必不断地通过 if 语句，即

class Algorithm
{
public:
    Algorithm() : m_impFn( &Algorithm::implementationA ) {}
    void frequentlyCalled()
    {
        // Avoid if ( using A ) else if ( using B ) type of thing
        (this->*m_impFn)();
    }
private:
    void implementationA() { /*...*/ }
    void implementationB() { /*...*/ }

    typedef void ( Algorithm::*IMP_FN ) ();
    IMP_FN m_impFn;
};

显然，如果您觉得代码被敲打到足以使 if 语句减慢某些事情的速度，例如，这实际上是有用的。在某处某个密集算法的内部深处。即使在没有实际用途的情况下，我仍然认为它比 if 语句更优雅，但这只是我的意见。

score 2 · Accepted Answer

指向类的指针不是真正的指针；类是一个逻辑构造，在内存中没有物理存在，但是，当您构造指向类成员的指针时，它会在成员所在类的对象中提供一个偏移量；这给出了一个重要的结论：由于静态成员不与任何对象关联，因此指向成员的指针不能指向静态成员（数据或函数） 考虑以下内容：

class x {
public:
    int val;
    x(int i) { val = i;}

    int get_val() { return val; }
    int d_val(int i) {return i+i; }
};

int main() {
    int (x::* data) = &x::val;               //pointer to data member
    int (x::* func)(int) = &x::d_val;        //pointer to function member

    x ob1(1), ob2(2);

    cout <<ob1.*data;
    cout <<ob2.*data;

    cout <<(ob1.*func)(ob1.*data);
    cout <<(ob2.*func)(ob2.*data);


    return 0;
}

资料来源：完整参考 C++ - Herbert Schildt 第 4 版

score 1 · Accepted Answer

我喜欢*and&运算符：

struct X 
{ 
    int a {0}; 
    int *ptr {NULL};

    int &fa() { return a; }
    int *&fptr() { return ptr; }
};

int main(void) 
{
    X x;
    int X::*p1 = &X::a;     // pointer-to-member 'int X::a'. Type of p1 = 'int X::*'
    x.*p1 = 10;

    int *X::*p2 = &X::ptr;  // pointer-to-member-pointer 'int *X::ptr'. Type of p2 = 'int *X::*' 
    x.*p2 = nullptr;
    X *xx;
    xx->*p2 = nullptr;

    int& (X::*p3)() = X::fa; // pointer-to-member-function 'X::fa'. Type of p3 = 'int &(X::*)()'
    (x.*p3)() = 20; 
    (xx->*p3)() = 30;

    int *&(X::*p4)() = X::fptr;  // pointer-to-member-function 'X::fptr'. Type of p4 = 'int *&(X::*)()'
    (x.*p4)() = nullptr; 
    (xx->*p4)() = nullptr;
}

事实上，只要成员是公开的或静态的，一切都是真的

score 0 · Accepted Answer

这是一个指向数据成员的指针可能有用的示例：

#include <iostream>
#include <list>
#include <string>

template <typename Container, typename T, typename DataPtr>
typename Container::value_type searchByDataMember (const Container& container, const T& t, DataPtr ptr) {
    for (const typename Container::value_type& x : container) {
        if (x->*ptr == t)
            return x;
    }
    return typename Container::value_type{};
}

struct Object {
    int ID, value;
    std::string name;
    Object (int i, int v, const std::string& n) : ID(i), value(v), name(n) {}
};

std::list<Object*> objects { new Object(5,6,"Sam"), new Object(11,7,"Mark"), new Object(9,12,"Rob"),
    new Object(2,11,"Tom"), new Object(15,16,"John") };

int main() {
    const Object* object = searchByDataMember (objects, 11, &Object::value);
    std::cout << object->name << '\n';  // Tom
}

score 0 · Accepted Answer

假设你有一个结构。该结构内部是 * 某种名称 * 两个相同类型但含义不同的变量

struct foo {
    std::string a;
    std::string b;
};

好的，现在假设您foo在容器中有一堆 s：

// key: some sort of name, value: a foo instance
std::map<std::string, foo> container;

好的，现在假设您从不同的源加载数据，但数据以相同的方式呈现（例如，您需要相同的解析方法）。

你可以这样做：

void readDataFromText(std::istream & input, std::map<std::string, foo> & container, std::string foo::*storage) {
    std::string line, name, value;

    // while lines are successfully retrieved
    while (std::getline(input, line)) {
        std::stringstream linestr(line);
        if ( line.empty() ) {
            continue;
        }

        // retrieve name and value
        linestr >> name >> value;

        // store value into correct storage, whichever one is correct
        container[name].*storage = value;
    }
}

std::map<std::string, foo> readValues() {
    std::map<std::string, foo> foos;

    std::ifstream a("input-a");
    readDataFromText(a, foos, &foo::a);
    std::ifstream b("input-b");
    readDataFromText(b, foos, &foo::b);
    return foos;
}

此时，调用readValues()将返回一个“input-a”和“input-b”一致的容器；所有键都将存在，并且 foos 具有 a 或 b 或两者兼有。

score 0 · Accepted Answer

指向成员的真实世界示例可能是 std::shared_ptr 的更窄的别名构造函数：

template <typename T>
template <typename U>
shared_ptr<T>::shared_ptr(const shared_ptr<U>, T U::*member);

那个构造函数有什么好处

假设你有一个 struct foo：

struct foo {
    int ival;
    float fval;
};

如果您已将 shared_ptr 赋予 foo，则可以使用该构造函数将 shared_ptr 检索到其成员 ival 或 fval：

auto foo_shared = std::make_shared<foo>();
auto ival_shared = std::shared_ptr<int>(foo_shared, &foo::ival);

如果想将指针 foo_shared->ival 传递给一些需要 shared_ptr 的函数，这将很有用

https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr/shared_ptr

score 0 · Accepted Answer

指向成员的指针是 C++ 中 C 的类型安全等价物offsetof()，它在中定义stddef.h：两者都返回信息，其中某个字段位于 aclass或struct中。虽然offsetof()在 C++ 中也可以与某些足够简单的类一起使用，但在一般情况下它会失败，尤其是虚拟基类。所以指向成员的指针被添加到标准中。它们还提供了更简单的语法来引用实际字段：

struct C { int a; int b; } c;
int C::* intptr = &C::a;       // or &C::b, depending on the field wanted
c.*intptr += 1;

比：

struct C { int a; int b; } c;
int intoffset = offsetof(struct C, a);
* (int *) (((char *) (void *) &c) + intoffset) += 1;

至于为什么要使用offsetof()（或指向成员的指针），stackoverflow 的其他地方有很好的答案。一个例子在这里：C offsetof 宏是如何工作的？

score 0 · Accepted Answer

使用指向成员的指针，我们可以编写这样的通用代码

template<typename T, typename U>
struct alpha{
   T U::*p_some_member;
};

struct beta{
   int foo;
};

int main()
{

   beta b{};

   alpha<int, beta> a{&beta::foo};

   b.*(a.p_some_member) = 4;

   return 0;
}

score -1 · Accepted Answer

我认为如果成员数据非常大（例如，另一个相当大的类的对象），并且您有一些仅适用于对该类对象的引用的外部例程，您只想这样做。您不想复制成员对象，因此这可以让您传递它。

score -1 · Accepted Answer

只是为@anon 和@Oktalist 的答案添加一些用例，这里是关于指针到成员函数和指针到成员数据的很好的阅读材料。

https://www.dre.vanderbilt.edu/~schmidt/PDF/C++-ptmf4.pdf

c++ - 指向类数据成员“::*”的指针

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