现代 C 技术如何增强类型双关的安全性和效率？

C 语言中的现代类型双关语

背景

在某些情况下，它可能是有利的将一种类型的位模式解释为另一种类型。将浮点数重新解释为整数是一个常见的示例，经常在性能关键的代码中使用。然而，C 语言中类型双关的传统方法存在潜在的陷阱和限制。

现代方法

现代 C 提供了多种安全高效的类型双关机制：

1。 std::bit_cast

在 C 20 中引入，std::bit_cast 提供了一种类型安全的方法来重新解释对象的底层位表示。它保证了位保留转换，同时确保正确对齐。

2. std::memcpy

虽然不是类型安全的，但 std::memcpy 是一种低级函数，可以有效地将字节从一个内存位置复制到另一个内存位置。它可以通过将源对象的位复制到不同类型的目标对象中来用于类型双关。

3. Placement New 和 std::launder

此方法使用 C 17 放置 new 运算符在预分配的内存位置中创建不同类型的对象。然后应用 std::launder 将放置新结果“清洗”为兼容的指针类型。

选择正确的方法

最佳类型双关方法取决于具体要求：

• 类型安全： std::bit_cast 保证位保留转换，提供最高级别的类型安全。
• 性能： std::memcpy 由于其低级性质而提供出色的性能。在复制大量数据时，它特别有利。
• 兼容性： std::bit_cast 是最新的标准化方法，提供跨编译器和平台更好的可移植性。

重写快速平方根倒数函数

将 std::bit_cast 应用于快速反平方根函数可实现安全高效的实现：

float Q_rsqrt(float number) {
    union {
        float as_float;
        uint32_t as_uint;
    } u;

    u.as_float = number;
    u.as_uint = 0x5f3759df - (u.as_uint >> 1);
    return u.as_float;

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