Может ли std:: vector<std:: complex <boost: multiprecision:: float128 >> ​​(N).data() безопасно переинтерпретироваться в fftwq_complex*?

Question

Я не ожидал, что следующий пример будет работать, но на самом деле он работает (g++ 4.6.4, с --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;

}

Два замечания:

• Цель состоит в том, чтобы иметь возможность использовать оба fftw а также blitz::Array операции над одними и теми же данными без необходимости копировать их, и в то же время иметь возможность использовать общие функции, такие как sin() также для сложных переменных с четверной точностью
• blitz-часть работает отлично, что и ожидается. Но сюрпризом (для меня) было то, что fftwq_complex* часть тоже работает отлично.
• fftw::allocator это простая замена std::allocator который будет использовать fftwq_malloc чтобы обеспечить правильное выравнивание simd, но это не важно для этого вопроса, поэтому я оставил его (по крайней мере, я думаю, что это не важно для этого вопроса)

Мой вопрос: на какой тонкий лед я наступаю?

Answer 1

Вы в значительной степени экономите

• std::vector совместим с массивом C (вы можете получить доступ к указателю на первый элемент через vector.data(), как ответили на этот вопрос
• std::complex<T> разработан для совместимости с массивом форм T[2], который совместим с FFTW. Это описано в документации FFTW

  C++ имеет свой собственный сложный шаблонный класс, определенный в стандартном заголовочном файле. Как сообщается, комитет по стандартам C++ недавно принял решение о том, чтобы используемый для этого типа формат хранения был двоично-совместимым с типом C99, то есть массивом T[2] с последовательными вещественными [0] и мнимыми [1] частями. (См. Отчет http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2002/n1388.pdf WG21 / N1388.) Хотя это и не является частью официального стандарта на момент написания, в предложении что: "Это решение было протестировано со всеми существующими основными реализациями стандартной библиотеки и показано, что оно работает". Если это правда, если у вас есть комплексный переменный *x, вы можете передать его непосредственно в FFTW через reinterpret_cast(Икс).

Единственное, что нужно иметь в виду, это то, что data() становится недействительным, если вы добавите значения в ваш вектор.

---

Для последней части есть совместимость между boost::multiprecision::float128 а также __float128, Дополнительная документация не дает никаких гарантий по этому поводу. Однако, что можно сделать, это добавить несколько статических утверждений в ваш код, что приводит к сбою, если преобразование невозможно. Это может выглядеть так:

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

куда sizeof гарантирует одинаковый размер типа boost и __float128, а is_standard_layout проверяет, что:

Указатель на класс стандартного макета может быть преобразован (с помощью reinterpret_cast) в указатель на его первый элемент не статических данных и наоборот.

Конечно, это дает только подсказки, если это работает в конце, так как вы не можете сказать, является ли тип действительно __float128, но ab boost заявляет, что их тип - это тонкая обертка вокруг него, все должно быть хорошо. Если они являются изменениями в дизайне или структуре float128 статические утверждения должны потерпеть неудачу.