Wie können wir Floats in C sicher in Ganzzahlen umwandeln und dabei Verstöße gegen das strikte Aliasing vermeiden?

Type-Punning: Eine Diskussion über die richtige Float-to-Int-Konvertierung

Die im Code vorgestellte schnelle inverse Quadratwurzeloperation verwendet Bit-Hacks, um Effizienz zu erreichen. Es gibt jedoch Bedenken hinsichtlich Typ-Wortspiel und möglichen Regelverstößen.

Das Problem: Verstoß gegen striktes Aliasing

Der Compiler warnt vor der Dereferenzierung eines Typ-Wortspiel-Zeigers und damit gegen strikte Aliasing-Regeln . Striktes Aliasing bezieht sich auf die Annahme, dass der Zugriff auf den Speicher über Zeiger unterschiedlichen Typs zu unbeabsichtigten Konsequenzen führen kann.

Alternative Casting-Optionen

Die gestellte Frage untersucht die Eignung der Verwendung von static_cast, reinterpret_cast oder Dynamic_cast als mögliche Lösungen.

static_cast

Static_cast wird ausgeführt implizite Konvertierung zwischen kompatiblen Typen. In diesem Fall sind float und int32_t jedoch keine kompatiblen Typen, sodass static_cast ungeeignet ist.

reinterpret_cast

Reinterpret_cast ermöglicht die Konvertierung zwischen nicht verwandten Typen. Es ändert jedoch lediglich die Interpretation der Bits und garantiert keine Typsicherheit. Die Verwendung von reinterpret_cast würde die Aliasing-Verletzung nicht beheben.

dynamic_cast

Dynamic_cast ist in diesem Kontext nicht anwendbar, da es für die objektorientierte Programmierung und die Überprüfung von Typbeziehungen zur Laufzeit verwendet wird.

Der richtige Ansatz

Die vorgeschlagene Lösung beinhaltet die Verwendung von memcpy, um die Typkonvertierung zu erreichen. Memcpy kopiert Bytes zwischen Speicherorten ohne Typinterpretation und umgeht so effektiv das Problem des strikten Aliasings.

Code-Implementierung

float xhalf = 0.5f*x;
uint32_t i;
assert(sizeof(x) == sizeof(i));
std::memcpy(&i, &x, sizeof(i));
i = 0x5f375a86 - (i>>1);
std::memcpy(&x, &i, sizeof(i));
x = x*(1.5f - xhalf*x*x);
return x;

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