c++ - std::vector>(N).data() 可以安全地重新解释为 fftwq_complex* 吗？

Question

我真的没想到下面的例子会起作用，但它确实起作用了(g++ 4.6.4，--std=c++0x):

#include <boost/multiprecision/float128.hpp> 
#include <blitz/array.h>
#include <fftw3.h>


int main(int /*argc*/, char** /*argv*/)
{
    //these are the same
    std::cout << sizeof(std::complex<boost::multiprecision::float128>) << " " << sizeof(fftwq_complex) << std::endl;


    typedef std::vector< std::complex<boost::multiprecision::float128> >   boost128cvec;
    //typedef std::vector<std::complex<boost::multiprecision::float128> , fftw::allocator< std::complex<boost::multiprecision::float128> > >   boost128cvec;

    //declare a std::vector consisting of std::complex<boost::multiprecision::float128>
    boost128cvec test_vector3(12);

    //casting its data storatge to fftwq_complex*
    fftwq_complex* test_ptr3 = reinterpret_cast<fftwq_complex*>(test_vector3.data());

    //also create a view to the same data as a blitz::Array
    blitz::Array<std::complex<boost::multiprecision::float128>, 1> test_array3(test_vector3.data(), blitz::TinyVector<int, 1>(12), blitz::neverDeleteData);

    test_vector3[3] = std::complex<boost::multiprecision::float128>(1.23,4.56);

    //this line would not work with std::vector
    test_array3 = sin(test_array3);

    //this line would not work with the built-in type __float128
    test_vector3[4] = sin(test_vector3[3]);

    //all of those print the same numbers
    std::cout << "fftw::vector: " << test_vector3[3].real()       << " + i " << test_vector3[3].imag() << std::endl;
    std::cout << "fftw_complex: " << (long double)test_ptr3[3][0] << " + i " << (long double)test_ptr3[3][1] << std::endl;
    std::cout << "blitz:        " << test_array3(3).real()        << " + i " << test_array3(3).imag() << std::endl << std::endl;

}

两点说明:

• 目标是能够对同一数据同时使用 fftw 和 blitz::Array 操作，而无需将它们四处复制，同时能够使用像 sin() 这样的通用函数，也可以用于具有四精度的复杂变量
• blitz 部分工作正常，这是预期的。但令我惊讶的是，fftwq_complex* 部分也能正常工作。
• fftw::allocator 是 std::allocator 的简单替代品，它将使用 fftwq_malloc 来确保正确的 simd 对齐，但是对这道题不重要，所以我省略了(至少我认为这对这道题不重要)

我的问题是:我踩到的冰有多薄？

Answer 1

你节省了很多:

• std::vector与 C 数组兼容(您可以通过 vector.data() 访问指向第一个元素的指针，如 this question 中的回答
• std::complex<T>旨在与 T[2] 形式的数组兼容，与 FFTW 兼容。这在 FFTW documentation 中有描述。

  C++ has its own complex template class, defined in the standard header file. Reportedly, the C++ standards committee has recently agreed to mandate that the storage format used for this type be binary-compatible with the C99 type, i.e. an array T[2] with consecutive real [0] and imaginary [1] parts. (See report http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2002/n1388.pdf WG21/N1388.) Although not part of the official standard as of this writing, the proposal stated that: “This solution has been tested with all current major implementations of the standard library and shown to be working.” To the extent that this is true, if you have a variable complex *x, you can pass it directly to FFTW via reinterpret_cast(x).

唯一要记住的是 data()如果您向 vector 添加值，则会失效。

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最后一部分是 boost::multiprecision::float128 之间的兼容性。和 __float128 . boost 文档对此不作任何保证。但是，可以做的是在您的代码中添加一些静态断言，如果无法进行转换，则该断言将失败。这可能看起来像这样:

static_assert(std::is_standard_layout<float128>::value,"no standard type");
static_assert(sizeof(float128) == sizeof(__float128),"size mismatch");

在哪里sizeof保证 boost 类型和 __float128 和 is_standard_layout 的大小相同检查:

A pointer to a standard-layout class may be converted (with reinterpret_cast) to a pointer to its first non-static data member and vice versa.

当然，这只会在最后起作用时提供提示，因为您无法判断该类型是否真的是 __float128。 ，但是 ab boost 声明他们的类型是一个薄包装，应该没问题。如果他们的设计或结构发生变化 float128 ，静态断言应该失败。