如何将简单指针转换为固定大小的多维数组？

Question

我有一个函数，它接受一个指向浮点数组的指针。根据其他条件，我知道指针实际上指向 2x2 OR 3x3 矩阵。 （事实上，内存最初是这样分配的，例如 float M[2][2] ）重要的是我想在函数体中做出这个决定，而不是作为函数参数。

void calcMatrix( int face, float * matrixReturnAsArray )
{
    // Here, I would much rather work in natural matrix notation
    if( is2x2 )
    {
        // ### cast matrixReturnAsArray to somethingAsMatrix[2][2]
        somethingAsMatrix[0][1] = 2.002;
        // etc..
    }
    else if(is3x3)
    { //etc...
    }

}

我知道我可以使用模板和其他技术来更好地解决这个问题。我的问题实际上是关于如何在 ### 评论中进行这样的转换。使用 C++ 工作。

Answer 1

float (*somethingAsMatrix)[2] = (float (*)[2]) matrixReturnAsArray;

Answer 2

float *

可以指向浮点数组的第一个元素，并且应该可以重新解释到该数组类型。该转换的结果可能指向

float [][]

的第一个元素，因此应该可以reinterpret_castable 到该类型，依此类推。您应该能够编写这样的演员表并直接执行

float (&arr)[2][2] = *reinterpret_cast<float (*)[2][2]>(matrixReturnAsArray);

float **

类型的参数不同，不应该这样使用。

为了避免未定义的行为，指针必须源自实际的多维数组，如果直接使用

float*

，则无法访问多维矩阵的第一行。

void foo(float *f) {
    f[3] = 10.;

    float (&arr)[2][2] = *reinterpret_cast<float (*)[2][2]>(f);
    arr[1][1] = 10.;
}

void main() {
    float a[2][2];
    foo(&a[0][0]); // f[3] = 10.; is undefined behavior, arr[1][1] = 10. is well defined

    float b[4];
    foo(&b[0]); // f[3] = 10.; is well-defined behavior, arr[1][1] = 10. is undefined
}

鉴于

float arr[2][2];

，据我所知，没有任何东西可以保证

&arr[0][1] + 1

与

&arr[1][0]

相同。因此，尽管您可以通过执行

f[i*width + j]

将一维数组用作多维数组，但您不能将多维数组视为单维数组。

最好使用 C++ 的编译时类型安全性，而不是仅仅依赖于不意外地传递错误的东西或执行错误的reinterpret_cast。要使用原始数组获得类型安全，您应该使用对所需原始数组类型的引用：

void foo(float (&f)[2][2]) {}
void foo(float (&f)[3][3]) {}

如果你想按值传递数组，你不能使用原始数组，而应该使用 std::array:

void foo(std::array<std::array<float,2>,2> f) {}
void foo(std::array<std::array<float,3>,3> f) {}

Answer 3

通过明智地使用 typedef，这种类型的转换总是更干净、更容易处理：

typedef float Matrix_t[2][2];

Matrix_t* someThingAsMatrix = (Matrix_t*) matrixReturnAsArray;

如果这是 C++ 而不是 C，那么您应该创建一个矩阵类。 （或者更好的是，寻找一个开源的。）

Answer 4

如果我是对的：

typedef float Matrix_t[2][2];  
Matrix_t &matrix = *(Matrix_t *)matrixReturnAsArray; 

或

float (&matrix2)[2][2] = *(float ( *)[2][2])matrixReturnAsArray;  

在C中只有指针的方式

Matrix_t *someThingAsMatrix = (Matrix_t *)matrixReturnAsArray;  

并通过以下方式访问：

(*someThingAsMatrix)[1][0] = ...