像 `std::bit_cast` 这样的现代 C 机制如何帮助您安全地执行类型双关？

C 中的现代类型双关

在 C 中，类型双关，将一种类型的位模式解释为不同类型的实践，在浮点优化等特定情况下可能是一种有用的技术。然而，它也存在缺陷，包括未指定的行为、严格的别名和生命周期问题。

为了应对这些挑战，C 引入了多种安全高效的类型双关机制，包括：

• std::reinterpret_cast:传统的reinterpret_cast仍然存在未定义行为和别名冲突的问题。
• std::static_cast:与void*、static_cast结合可以提供比 reinterpret_cast 更明确、更安全的强制转换。
• std::bit_cast: 在 C 20 中引入，std::bit_cast 提供了一种类型安全且高效的按位执行方式转换而不违反严格的别名规则。
• std::memcpy: 虽然没有明确设计用于类型双关，但 memcpy 可用于将一个对象的位模式复制到另一个对象，从而实现安全重新解释。
• std::launder: 可用于将指针转换为不违反严格别名规则的指针。

具体使用 std::bit_cast 重写快速反平方根函数的问题将是最安全、最高效的方法：

float fast_inv_sqrt(float number) {
  std::uint32_t i;
  float x2, y;
  const float threehalfs = 1.5F;

  x2 = number * 0.5F;
  y = number;
  i = std::bit_cast<std::uint32_t>(y);                       // type-safe bit-wise conversion
  i = 0x5f3759df - (i >> 1);               // what the
  y = std::bit_cast<float>(i);
  y = y * (threehalfs - (x2 * y * y));   // 1st iteration
//  y  = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) );   // 2nd iteration, this can be removed

  return y;
}

此解决方案避免了未定义的行为和别名违规，同时保留了性能。 std::bit_cast 经过编译器的良好优化，生成符合 C 类型系统的高效代码。

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