将多维数组作为 void * 传递给外部“C”函数

Question

我的库中有一个可以很好地处理多维数组的 C 函数：

void    alx_local_maxima_u8 (ptrdiff_t rows, ptrdiff_t cols,
                    const uint8_t arr_in[static restrict rows][static cols],
                    bool arr_out[static restrict rows][static cols])
        __attribute__((nonnull));

我有一个 unsigned char *，我从 openCV 中定义的 class 收到。该指针表示二维数据，但它不是，我必须将它与指针算术（unsigned char *img_pix = img->data + i*img->step + j;）一起使用，我不是特别喜欢。

我创建了一个与图像大小相同的bool数组（这是一个真正的数组，所以我可以使用数组表示法）来存储函数的结果。

我可以编写一个几乎完全相同的 alx_local_maxima_u8() 副本，它只使用一个指针和指针算法，但如果可以的话，我希望能够重复使用它。

以这种方式编写使用void * 的原型来欺骗C++ 是否安全？：

extern "C"
{
[[gnu::nonnull]]
void    alx_local_maxima_u8 (ptrdiff_t rows, ptrdiff_t cols,
                             const void *arr_in,
                             void *arr_out);
}

理论上void * 可以保存C 将接收的任何指针，C 不会访问任何不属于这些指针的数据，所以我看到的唯一问题是将unsigned char * 别名为@ 987654331@，并传递一个void *，其中应该是uint8_t *[]，这可能会导致各种链接器错误。另外，我不知道 C bool 和 C++ bool 是否会在内存中转换成相同的东西（我希望如此）。

也许我应该用 C 编写一个包装器，它接收 void * 并将它们传递给实际的函数，这样我就不需要欺骗 C++。

性能是一个问题，但我使用-flto，所以任何包装器都可能会在链接器中消失。

我在启用 POSIX 的 Linux 中使用 GCC (-std=gnu++17)。

Answer 1

保证 T[N][M] 将包含 NxM 类型 T 的连续对象阻碍了一些其他有用的优化；在 C 的预标准版本中，该保证的主要用途是它允许代码在某些情况下将存储视为一维数组，但在其他情况下是多维数组。不幸的是，标准未能识别由内部数组衰减形成的指针与通过直接或通过void* 将外部数组转换为内部元素类型形成的指针之间的任何区别，即使它们对前者会妨碍后者的用处。

在任何典型的平台上，在没有全程序优化的情况下，ABI 会将指向多维数组元素的指针等同于指向具有相同总数的单维数组元素的指针元素的数量，使得将后者视为前者是安全的。但是，我不相信 C 或 C++ 标准中有任何内容会禁止实现“优化”如下内容：

// In first compilation unit
void inc_element(void*p, int r, int c, int stride)
{
  int *ip = (int*)p;
  ip[r*stride+c]++;
}
// In second compilation unit
int array[5][5];
void inc_element(void*p, int r, int c, int stride);
int test(int i)
{
  if (array[1][0])
    inc_element(array, i, 0, 5);
  return array[1][0];
}

通过将inc_element 的调用替换为array[0][i*5]++，进而可以优化为array[0][0]++。我不认为该标准的作者打算邀请编译器进行此类“优化”，但我认为他们认为激进的优化器不会将未能禁止此类事情解释为邀请。

Answer 2

将数组指针作为const void * 传递应该不会导致任何问题，但请注意bool 在C 和C++ 中可能有不同的表示。对数组基类型使用更明确的类型（例如 unsigned char）会更安全。

为指针指定此类型也有助于提高可读性，因为矩阵单元可以使用p[r * cols + c] 直接寻址。