现代C++中复用range结构体模板，如何为成员设置无内存开销的别名？

问题背景 #

我在数学相关代码中使用如下结构体模板：

template <typename T> 
struct range {
    T min, max;
}; 

现在需要将其用于迭代器场景，但为了代码可读性，希望成员能使用lower/upper作为名称。虽然可以新建iterators_range结构体模板，但我想保留range这个简短的名称。

我曾尝试用引用作为别名，但会占用额外内存，不符合需求：

template <typename T> 
struct range {
    T min, max;
    T& lower = min;
    T& upper = max;
}; 

同时我不想使用访问器成员函数，因为会导致客户端代码出现过多括号，比如公式中r.min()-r.max()的写法远不如r.min-r.max简洁，可读性差异会随公式复杂度放大。

有没有更好的方案可以复用同一个range结构体模板？

可行方案 #

方案1：匿名联合体实现零开销成员别名（主流编译器支持） #

通过匿名联合体和匿名结构体，让同一个内存位置拥有不同的成员名称，完全无额外内存开销，且支持直接用.访问，完美匹配需求：

template <typename T> 
struct range {
    union {
        struct { T min, max; };
        struct { T lower, upper; };
    };
};

说明

• 该写法属于主流编译器扩展，GCC、Clang、MSVC均原生支持，实际项目中可放心使用
• r.min与r.lower指向同一块内存，r.max与r.upper同理，读写其中一个会直接影响另一个
• 保留了直接成员访问的简洁性，公式中可自由选择r.min - r.max或r.lower - r.upper的写法

方案2：标准C++兼容的宏别名（无扩展依赖） #

如果需要严格遵循C++标准，可借助预处理器宏实现别名，避免编译器扩展依赖：

template <typename T> 
struct range {
    T min, max;
};

// 仅在迭代器相关代码块中启用宏别名
#define lower min
#define upper max

注意事项

• 需注意宏的作用域，避免命名冲突，建议仅在迭代器场景的代码范围内临时使用
• 宏会进行文本替换，要确保min/max在当前上下文无其他歧义含义

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Damir Tenishev