如何有效地处理 C 语言中的复数？

Question

如何有效地处理 C 语言中的复数？

我们有 3 个选项：

1. 使用结构并按值将它们传递给函数：

struct complex_double
{
   double data[2];
}

typedef struct complex_double ComplexDouble;

ComplexDouble complex_double_add(ComplexDouble z_1, ComplexDouble z_2)
{
   ComplexDouble result;

   result.data[0] = z_1.data[0] + z_2.data[0];
   result.data[1] = z_1.data[1] + z_2.data[1];

   return result;
}

但是通过这种方式，我们对结构的值进行了 3 次复制（两个 arguments 和一个返回）。 ComplexDouble的大小是 16 字节，所以我们需要复制 3 * 16 字节 = 48 字节，这可能效率不高。

2. 将指针传递给结构：

struct complex_double
{
   double data[2];
}

typedef struct complex_double ComplexDouble;

ComplexDouble * complex_double_initialize(double x, double y)
{
   ComplexDouble *z;
   
   z = (ComplexDouble *)malloc( sizeof(ComplexDouble) );

   if(z == NULL)
   {
     fprintf(stderr, "complex_double_initialize: Error! Failed to allocate memory for ComplexDouble\n");
     exit(EXIT_FAILURE);
   }

   z->data[0] = x;
   z->data[1] = y;

   return z;
}

void complex_double_add(ComplexDouble *result, ComplexDouble *z_1, ComplexDouble *z_2)
{
   result->data[0] = z_1->data[0] + z_2->data[0];
   result->data[1] = z_1->data[1] + z_2->data[1];
}

在这个变体中，我们传递 3 个指向结构的指针，即 3 * 8 字节 = 24 字节。 也许这更有效。

3. 使用 C99 标准库中的复杂类型：

double complex z_1, z_2, z_3;

z_3 = z_1 + z_2;

double complex double_complex_add(double complex z_1, double complex z_2)
{
   return (z_1 + z_2);
}

但是对于 C99 复杂类型，我有一些不明白的地方。 double complex实际上是如何传入 function 并从 function 返回的？ 它是否像第一个带有结构的变体一样按值复制？

我应该使用哪个变体？

Answer 1

使用它的标准版本。 它现在已集成到编译器中，是你能得到的最好的。

How is double complex actually passed into function and returned from function?

正如您的 function 的规范所示，它们可以按值访问，并且与任何其他 function 参数的情况一样，除非它们具有数组类型。

复数保证与两个实数的向量具有相同的表示（= memory 布局），但它们是正确的类型：

Each complex type has the same representation and alignment requirements as an array
type containing exactly two elements of the corresponding real type; the first element is
equal to the real part, and the second element to the imaginary part, of the complex
number.

尽管它们的字节模式与浮点值的二元素向量相同，但它们与任何其他数字一样被视为算术类型。