14.3  dimensionof()

14.1节给出的dimensionof()的定义（以NUM_ELEMENTS()的形式）依赖于预处理器进行的文本替换，因而存在一个严重的缺陷。如果我们将它应用到一个指针身上，文本替换出来的结果就是错误的：

int     ar[10];  
int     *p  = ar; // 或 = &ar[0]  
size_t  dim = NUM_ELEMENTS(p); // sizeof(int*) / sizeof(int)！  

结果将是拿sizeof(int)来除sizeof(int*)，这在大多数平台上都是1。显然这是错误的（除非p指向的数组碰巧大小是1），并且带有相当程度的误导性。

另一种同样糟糕的情形是，如果该宏被应用到一个用户定义的类身上，并且该类定义了可访问的下标索引操作符（operator [ ]），那么其给出的结果就可能是任意值。事实上，如果该实例的大小小于对它进行下标索引返回的值的大小， 结果就是0，反之结果则大于0，甚至可能出现其结果在交互式调试时恰恰是"对的"情况， 从而给代码作者带来一种"安全"的假象！从这个意义上来说，我宁愿希望编译器在面对使用了这个伪操作符的代码时采取"不予编译"的态度。幸运的是，如果我们接受14.2.1小节的建议，并使用NUM_ELEMENTS()的"逆转式下标索引"形式的话，这个问题就不复存在了。然而，即便你编写的同样用途的宏做到了这一点（绝大多数都做不到），我们仍然还得面对指针的问题，因为指针和数组一样，在两种（正的或反的）下标索引形式下都能够工作。

Imperfection：无法区分数组和指针，会导致对静态数组大小的评估可以被施行到指针或类的身上，从而导致错误的结果。

这个问题的解决方案在于将数组和指针区别对待。直到现在为止这仍然不是完全可行的，但是大多数现代编译器都支持一个可以被用来达此目的的特性。依赖于这样一个事实：从数组到指针的转换（退化）在引用类型的模板实参决议中并不会发生（C++(www.cppentry.com)-98: 14.3.2; [Vand2003, p58]）。因而我们就可以定义一个称之为dimensionof()的宏，该宏对于老式编译器而言与NUM_ELEMENTS()的定义一样，但在现代编译器上则实现为一个宏、一个结构以及一个函数的联合体，如下：

template <int N> 
struct array_size_struct  
{  
  byte_t  c[N];  
};  
 
template <class T, int N> 
array_size_struct<N> static_array_size_fn(T (&)[N]);  
 
#define dimensionof(x)     sizeof(static_array_size_fn(x).c)  

其工作原理基本上是这样的：声明（但并不定义）一个模板函数static_array_size_fn()，它接受一个元素类型为T、大小为N的数组的引用，T和N分别作为它的两个模板形参。这样一来，指针类型以及用户自定义类型就被拒之门外了，但这还不足以实现出一个可用的dimensionof()。static_array_size_fn()返回array_sizeof_struct类模板的一个实例，该类模板以static_array_size_fn()接受的数组的大小来参数化，且其内部包含了一个对应大小的字节数组。dimensionof()宏则简单地将sizeof()操作符应用到static_array_size_fn()返回的实例中的数组成员身上，从而得出数组的大小。

一个dimensionof()表达式（不管是使用NUM_ELEMENTS()还是我们引入的新的"宏+函数"形式的dimensionof()）总是在编译期被求值。因此，dimensionof()可以被用在常量可以使用的任何地方，例如作为模板实参、数组大小、枚举值，等等。由于C++(www.cppentry.com)标准（C++(www.cppentry.com)-98: 5.3.3）说，sizeof()的操作数不会被求值，所以我们无需定义static_array_size_fn()，从而该设施完全是零代价的。没有任何运行期开销，也不会导致代码膨胀。事实上，这根本就不会生成任何代码！将dimensionof()应用到任何非数组的类型身上会导致编译错误：

int         ai[23];  
int         *pi = ai;  
vector<int> vi(23);  
 
size_t cai = NUM_ELEMENTS(ai); // Ok  
size_t cpi = NUM_ELEMENTS(pi); // 通过编译，但却是错误的！  
size_t cvi = NUM_ELEMENTS(vi); // 同上！  
 
cai = dimensionof(ai); // Ok  
cpi = dimensionof(pi); // 编译报错！这很好。  
cvi = dimensionof(vi); // 同上！  

template<typename T, int N> 
byte_t (&byte_array_of_same_dimension_as(T (&)[N]))[N];  
 
#define dimensionof(x)      sizeof(byte_array_of_same_dimension_as((x)));