将双精度数组转换为仅具有双精度成员而不复制数据的结构数组

Question

我正在使用第三方 C++ 库在 Julia 中完成一些繁重的工作。在 Julia 方面，数据存储在 Array{Float64, 2} 类型的对象中（这大致类似于二维双精度数组）。我可以使用指向double 的指针将它传递给C++。然而，在 C++ 端，数据存储在一个名为 vector3 的结构中：

typedef struct _vector3
{
    double x, y, z;
} vector3;

我的快速而肮脏的方法是一个五步过程：

1. 在 C++ 端动态分配结构数组
2. 将输入数据从double*复制到vector3*
3. 做繁重的工作
4. 将输出数据从vector3*复制到double*
5. 删除动态分配的数组

复制大量数据是非常低效的。我可以使用一些神秘的技巧来避免将数据从double 复制到struct 并返回吗？我想以某种方式将 double 的一维数组（大小为 3 的倍数）解释为具有 3 个 double 成员的结构的一维数组。

Answer 1

很遗憾，你不能。这是因为 C++ 有 aliasing rule。简而言之，如果你有一个对象T，你就不能从不兼容类型的指针U 合法地访问它。从这个意义上说，您不能通过struct _vector3 类型的指针访问double 或double* 类型的对象，反之亦然。

如果你挖得够深，你会发现reinterpret_cast 并且可能会想“哦，这正是我需要的”，但事实并非如此。不管你用什么诡计（reinterpret_cast 或其他方式）绕过语言限制（也称为让它编译），事实仍然是你只能合法地访问double 类型的对象通过double 类型的指针。

一个经常用于键入 pune 的技巧是使用union。在C 中是合法的，但在 C++ 中是非法的，但一些编译器允许这样做。但是，在您的情况下，我认为没有办法使用联合。

理想的情况是直接对double* 数据进行繁重的工作。如果这对您的工作流程可行。

Answer 2

严格来说，你不能。前段时间我问过一个类似的问题 (Aliasing struct and array the C++ way)，答案解释了为什么直接别名会调用未定义行为，并就可能的解决方法给出了一些提示。

话虽如此，您已经处于极端情况，因为原始数据来自不同的语言。这意味着 C++ 标准未涵盖该数据的处理，仅由您正在使用的实现定义（gcc/version 或 clang/version 或...）

对于您的实现，将外部数组别名为 C++ 结构或将外部结构别名为 C++ 数组可能是合法的。您应仔细阅读混合语言编程的文档，以便准确实施。

Answer 3

其他答案提到了实际问题（转换可能无法正常工作）。我将添加一个小的运行时检查来验证别名是否有效，并提供一个占位符，您可以在其中调用/使用您的大量复制代码。

int aliasing_supported_internal() {
    double testvec[6];
    _vector3* testptr = (_vector3*)(void*)testvec;
    // check that the pointer wasn't changed
    if (testvec != (void*)testptr) return 0;
    // check for structure padding
    if (testvec+3 != (void*)(testptr+1)) return 0;
    // TODO other checks?
    return 1;
}
int aliasing_supported() {
    static int cached_result = aliasing_supported_internal();
    return cached_result;
}

此代码将一个小的双精度数组转换为一个结构数组别名（不是复制），然后检查它是否有效。如果转换成功（函数返回 1），您很可能可以自己使用相同类型的别名（通过 void 指针进行转换）。

请注意，代码仍可能以意想不到的方式被破坏。严格的别名规则规定，即使是上述检查也是未定义的行为。这可能会奏效，也可能会严重失败。只有允许正常工作的转换是 void* 并返回到原始指针类型。此外，上述检查在多重继承层次结构或虚拟基类中可能完全错误（从某种意义上说，两者转换为 void* 都是不安全的，因为实际指针值可能会移动，也就是说，可能会由于对齐以外的约束而改变和相当多的字节）