如何实现接收类及类成员指针的C++ Accessor模板？（C++17/20）

核心需求回顾 #

我们需要实现一个Accessor模板，关联目标类T及其Vector3d类型的成员P，无需持有对象引用（依赖getObject<T>获取实例），且使用时尽可能简洁（偏好Accessor<&one_point>这类省略类作用域的写法）。

C++17实现方案 #

在C++17中，可直接将成员指针作为非类型模板参数传入，利用类作用域简化成员指针的写法（类内部的&one_point等价于&Accessed::one_point）。

完整代码 #

#include <type_traits>
// 假设Vector3d来自Eigen，或自定义实现
#include <Eigen/Core>
using Vector3d = Eigen::Vector3d;

// 外部提供的对象获取函数，无需关注实现细节
template<typename T> T& getObject();

// Accessor模板：接受Vector3d类型的类成员指针作为参数
template<Vector3d T::* MemPtr>
class Accessor
{
public:
    // 从成员指针中提取所属类的类型
    using OwnerType = T;

    OwnerType& setMember(const Vector3d& point)
    {
        OwnerType& obj = getObject<OwnerType>();
        obj.*MemPtr = point;
        return obj;
    }
};

// 使用示例
class Accessed
{
    Vector3d one_point;
    Vector3d another_point;

public:
    // 在类作用域内，&one_point自动解析为&Accessed::one_point
    class OneAccessor : public Accessor<&one_point> {};
    class AnotherAccessor : public Accessor<&another_point> {};
};

关键点说明 #

1. 模板参数Vector3d T::* MemPtr直接约束传入的必须是类T的Vector3d类型成员指针，编译期即可校验类型合法性。
2. 在Accessed类内部使用时，&one_point会被编译器自动解析为&Accessed::one_point，无需手动添加类作用域前缀。

C++20实现方案 #

C++20提供了**概念（Concepts）**和更灵活的auto非类型模板参数，可写出更通用、约束更清晰的实现，同时保持简洁的使用方式。

完整代码 #

#include <concepts>
#include <type_traits>
#include <Eigen/Core>
using Vector3d = Eigen::Vector3d;

template<typename T> T& getObject();

// 自定义概念：约束模板参数必须是指向Vector3d类型成员的指针
template<typename MemPtrType>
concept Vector3dMemberPointer = requires(MemPtrType ptr) {
    // 要求成员指针能提取出所属类的类型
    typename std::remove_pointer_t<MemPtrType>::class_type;
    // 要求成员的类型必须是Vector3d
    requires std::is_same_v<
        std::remove_reference_t<decltype(std::declval<typename std::remove_pointer_t<MemPtrType>::class_type>().*ptr)>,
        Vector3d
    >;
};

// Accessor模板：用auto接受任意成员指针，再通过Concept约束类型
template<auto MemPtr> requires Vector3dMemberPointer<decltype(MemPtr)>
class Accessor
{
public:
    using OwnerType = typename std::remove_pointer_t<decltype(MemPtr)>::class_type;

    OwnerType& setMember(const Vector3d& point)
    {
        OwnerType& obj = getObject<OwnerType>();
        obj.*MemPtr = point;
        return obj;
    }
};

// 使用方式与C++17完全一致
class Accessed
{
    Vector3d one_point;
    Vector3d another_point;

public:
    class OneAccessor : public Accessor<&one_point> {};
    class AnotherAccessor : public Accessor<&another_point> {};
};

关键点说明 #

1. 用auto作为模板参数，让编译器自动推导成员指针的类型，配合Vector3dMemberPointer概念，既能保证类型安全，又提升了模板的通用性。
2. 使用方式和C++17完全相同，依然支持类内部省略类作用域的写法。

关于“无需&的写法”的说明 #

你提到的Accessor<one_point>这类不带&的写法，在C++中无法直接实现：

• 非静态成员变量one_point本身不是常量表达式，不符合非类型模板参数的要求。
• 唯一的变通方式是用宏封装，需要显式指定所属类，示例如下：

  #define DEFINE_ACCESSOR(OWNER_CLASS, MEMBER_NAME) \
  class MEMBER_NAME##Accessor : public Accessor<&OWNER_CLASS::MEMBER_NAME> {};
  
  // 在Accessed类内部使用
  class Accessed
  {
      Vector3d one_point;
      Vector3d another_point;
  
  public:
      DEFINE_ACCESSOR(Accessed, one_point);
      DEFINE_ACCESSOR(Accessed, another_point);
  };
  

  此宏会自动生成one_pointAccessor和another_pointAccessor类，减少手动书写的冗余。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者André Caldas