Question

假设我具有结构：

typedef struct {
double re;
double im;
}ComplexStruct;

和数组：

typedef double ComplexArr[2];// [0] -> real, [1] -> imag

今天，我使用简单的ComplexStruct循环从ComplexArr复制到for，反之亦然：

//ComplexArr to  ComplexStruct
for (i = 0 ; i < NumEl; i++)
{
     ComplexStructVec[i].re = ComplexArrVec[i][0];
     ComplexStructVec[i].im = ComplexArrVec[i][1];
}

//ComplexStruct to ComplexArr
for (i = 0 ; i < NumEl; i++)
{
     ComplexArrVec[i][0] = ComplexStructVec[i].re;
     ComplexArrVec[i][1] = ComplexStructVec[i].im;
}

至少有一种方法可以使用memcpy安全地做到这一点吗？还有另一种方法可以比for循环快吗？

Answer 1

编译器中的优化器应该可以很好地处理该代码，您无需进行太多更改即可使其达到最佳状态。但是，如果要将ComplexStructVec和ComplexArrVec传递到函数中，则应将它们标记为restrict，以便编译器知道没有发生别名。像这样：

void copy(ComplexStruct* restrict ComplexStructVec, const ComplexArr* ComplexArrVec)
{
    unsigned NumEl = 1000;
    for (unsigned i = 0 ; i < NumEl; i++)
    {
        ComplexStructVec[i].re = ComplexArrVec[i][0];
        ComplexStructVec[i].im = ComplexArrVec[i][1];
    }
}

这样做可以消除一大堆生成的代码，因为它不需要处理两个参数重叠的可能性。

演示：https://godbolt.org/z/F3DUaq（只需删除“限制”即可看到区别）。如果NumEl小于18，则每次迭代会将整个东西展开为一个负载和一个存储。

Answer 2

是的，您可以使用memcpy，但要注意以下几点：

数组和结构的布局相同，这意味着编译器不会对齐数组中的项或结构中的条目。
与struct和数组关联的内存大小相同。
您不必担心可移植到其他体系结构（这可能会改变对＃1和/或＃2的回答）。
这不是一种理想的编程技术，因为它有一些潜在的陷阱，如上所述。

如果在上述操作之后仍要执行此操作，则应使用以下代码：

/* NOTE: sizeof(ComplexStructVec) === sizeof(ComplexArrVec) */
memcpy((void *) ComplexStructVec,
       (void *) ComplexArrVec,
       sizeof(ComplexStructVec)*NumEl);

这是因为在两种情况下都使用向量（数组），因此仅使用它们的名称即可得到它们的地址。 memcpy将目标地址和源地址定义为void *，因此我强制转换参数。要复制的字节数是结构或数组的大小（以字节为单位）（请参见“注释”）乘以向量中的条目数。可能不需要(void *)强制转换。它取决于编译器，语言标准级别和其他编译时间限定符。

还请注意，我故意没有返回值的位置，它是指向目标的指针。如果需要此信息，请当心，因为将其保存到ComplexStructVec可能会导致编译器（或更糟糕的情况是运行时）问题，具体取决于（在编译器中或在运行时）如何分配它。< / p>

更完整的示例：

void copy(ComplexStruct* ComplexStructVec, ComplexArr* ComplexArrVec)
{
    unsigned NumEl = 1000;
    memcpy(ComplexStructVec, ComplexArrVec, sizeof(ComplexStruct)*NumEl);
}

Answer 3

最可移植的方法是循环，如您的示例所示。有时称为结构的序列化/反序列化。

结构的问题是不能保证它们像数组一样具有一致的内存布局。为了避免对齐问题，编译器可以随意在任何地方添加填充字节。如果结构仅由8字节double组成，则填充的可能性很小。但是，从形式上讲，它还是不可移植的。

不过，您可以相当安全地执行以下操作：

_Static_assert(sizeof(ComplexStruct) == sizeof(double[2]), 
                 "Weird systems not supported");

ComplexStruct cs;
double arr[2];
memcpy(&cs, arr, sizeof arr);
memcpy(arr, &cs, sizeof arr);

这对于所有现实系统都是“合理的可移植性”。

另一种选择是通过添加union来为结构提供两个不同的变量表示形式，如下所示：

typedef union {
  struct // C11 anonymous struct
  {
    double re;
    double im;
  };
  double arr[2];
}ComplexStruct;

内部结构可能仍然具有填充，因此您应该仍然添加一个正式的静态断言。但这使您可以灵活地将数据内容用作单个成员或数组。

最后，C实际上具有对复数的语言支持。 double _Complex是标准C，而complex.h是标准化的复杂库。参见How to work with complex numbers in C?

使用memcpy在C语言中将数组复制到struct或反之

3 个答案: