在 C++ 中获取指向复数向量的实部和虚部的指针

Question

使用标准 C++ 复数和向量库，我定义了一个复数向量。现在，我想获得指向包含这个复数向量的实部和虚部的向量的指针（double * 类型）。以下解决方案有效，但由于内存使用量增加了一倍，因此不优雅且浪费；

using namespace std;
typedef complex<double> cmp;
.
.
int i,m=10;
vector<cmp> C(m);
//Do something to populate the vector C
vector<double> R(m), I(m);
for(i=0; i<m; i++){
 R[i] = C[i].real();
 I[i] = C[i].imag();
}
double * r = &R[0];
double * i = &I[0];

Answer 1

根据 C++ 标准

If z is an lvalue expression of type cv std::complex<T> then:
— the expression reinterpret_cast<cv T(&)[2]>(z) shall be well-formed,
— reinterpret_cast<cv T(&)[2]>(z)[0] shall designate the real part of z, and
— reinterpret_cast<cv T(&)[2]>(z)[1] shall designate the imaginary part of z.
Moreover, if a is an expression of type cv std::complex<T>* and the expression a[i] is well-defined
for an integer expression i, then:
— reinterpret_cast<cv T*>(a)[2*i] shall designate the real part of a[i], and
— reinterpret_cast<cv T*>(a)[2*i + 1] shall designate the imaginary part of a[i].

所以你可以简单地写

using namespace std;
typedef complex<double> cmp;
.
.
int i,m=10;
vector<cmp> C(m);
//Do something to populate the vector C

double * r = &reinterpret_cast<double(&)[2]>( C[0] )[0];
double * i = &reinterpret_cast<double(&)[2]>( C[0] )[1];

这是一个例子

#include <iostream>
#include <complex>
#include <vector>

int main() 
{
    std::vector<std::complex<double>> v( 1, { 1.1, 2.2 } );

    double * r = &reinterpret_cast<double(&)[2]>( v[0] )[0];
    double * i = &reinterpret_cast<double(&)[2]>( v[0] )[1];

    std::cout << *r << '\t' << *i << std::endl;

    return 0;
}

输出是

1.1 2.2

Answer 2

(C++03) 标准没有定义 std::complex<double> 的内部结构如何，但通常它由 2 个双精度数组成，实部在虚部之前。因此，给定一个std::complex<double> 的数组（或std::vector），您无法获得一个指向所有实部数组的指针，以及另一个指向所有虚部数组的指针：实部和虚部是交错的。如果您确实需要拆分它们，则必须复制所有元素（就像您已经这样做的那样）。

但是你为什么首先要把它们分开呢？将它们传递给某个库的一些例程？也许那个库也支持交错格式？在这种情况下，您可以使用reinterpret_cast<double*>(&C[0])。请注意，这是非标准的，但它似乎在大多数情况下都有效。有关详细信息，请参阅广泛使用的 fftw-library 的 documentation，推荐使用此方法。

如果考虑性能，您应该从一开始就将实部和虚部分开，而不是先构造std::complex<double> 向量。