C++：在 std::complex 和 2x 浮点值之间转换以用作接口

Question

布雷夫

我希望能够以最小的数据复制开销在 std::complex 和 float 之间进行转换。 （如果可能，根本没有。）

情况

我有一个包含数据样本的类。在类的一侧，有一个程序以 std::complex 的形式读取和写入数据。数据要么全是实值，要么全是虚数，因此输入是 (float*)。类内部有一个函数执行处理，例如傅立叶变换处理，它接受float*的参数。 （指向浮点数的指针。）类内的数据存储在 std::vector 中。

因此描述是；

std::vector<std::complex<float>>;

这种选择的原因是输出并不总是实数或虚数。使用 vector.at(index).real() 或 vector.at(index).imag() 访问数据将是有利的，因为这使得编写其他函数（例如计算平均功率的函数）变得更加容易. （另一种方法是使用索引来取消引用指针。通常，我对这种方法没有任何问题，但是许多其他 SO 程序员会告诉你这是一个糟糕的方法，因为你必须能够乘以 2 并添加向上...在这种情况下，要确保您的算法正确变得更加困难，因为数据存储的方式发生了变化[1]，因此我同意在此达成的 SO 共识情况。）

[1]：输入数据是所有实数值的 (float*)。 2 个输入值块交错成两倍大小的数组：real0 = data0[0], imag0 = data1[0], real1 = data0[1], imag1 = data1[1], ... 等等 ...

然后将其存储为：{ complex(real0, imag0) , complex(real1, imag1) , ... etc ... }

但随后使用 FFT 进行处理，该 FFT 采用浮点*，并使用索引而不是 complex.real() 和 complex.imag()。

然后另一组函数使用 complex.real() 和 complex.imag() 而不仅仅是索引来计算值。

然后以上述两种形式返回结果：Using std::vector>& (reference to) and float*...

可能的解决方案编号 1

显然，这种改变数据存储方式的方法是愚蠢的。它应该是一种或另一种方式，而不是很多不同的方式。

不幸的是，我没有编写大部分代码，所以我无法编辑它......解决方案2然后......

可能的解决方案编号 2

可以返回指向向量类中数据的指针。为此，我假设：

std::complex 类按此顺序存储实数和虚数

如果不是这样，以下将不起作用：

// Function inside my_class which returns access to real components
float* getReal(int& stride, int& length)
{
    stride = 2;
    return &my_vector.at(0); // Think this is the same as my_vector.data()?
}

// This is then used in the following way to set all real values to 0.0
void Reset()
{
    int stride, length;
    float* data_p = my_class.getReal(stride, length);
    float* data_p_last_value = data_p + length - 1;

    for(; data_p <= data_p_last_value; ++ data_p)
    {
        (*data_p) = 0.0;
    }
}

但这不是很好。是否有其他更“时尚”或更直观的方法？

Answer 1

std::complex 是一个非常特殊的类，指定用于与其他语言（包括 C）中的复数类型的互操作性。标准保证 (§26.4 [complex.numbers]/p2, 4) ：

专业化complex<float>, complex<double>, 和 complex<long double> 是文字类型 (3.9)。

[...]

如果z 是cv std::complex<T> 类型的左值表达式，则：

• reinterpret_cast<cv T(&)[2]>(z) 的表达式应该是良构的，
• reinterpret_cast<cv T(&)[2]>(z)[0] 应指定 z 的实部，并且
• reinterpret_cast<cv T(&)[2]>(z)[1] 应指定 z 的虚部。

此外，如果 a 是 cv std::complex<T>* 类型的表达式并且 表达式a[i] 为整数表达式i 定义良好， 那么：

• reinterpret_cast<cv T*>(a)[2*i] 应指定a[i] 的实部，并且
• reinterpret_cast<cv T*>(a)[2*i + 1] 应指定a[i] 的虚部。

因此，您建议的解决方案 2 中的方法是安全的模数错误（例如，您在未初始化的 Reset() 中使用 length，并且您的算法似乎将所有内容归零，而不仅仅是真实部分）。