如何有效地處理 C 語言中的復數？

Question

如何有效地處理 C 語言中的復數？

我們有 3 個選項：

1. 使用結構並按值將它們傳遞給函數：

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;
}

但是通過這種方式，我們對結構的值進行了 3 次復制（兩個 arguments 和一個返回）。 ComplexDouble的大小是 16 字節，所以我們需要復制 3 * 16 字節 = 48 字節，這可能效率不高。

2. 將指針傳遞給結構：

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];
}

在這個變體中，我們傳遞 3 個指向結構的指針，即 3 * 8 字節 = 24 字節。 也許這更有效。

3. 使用 C99 標准庫中的復雜類型：

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);
}

但是對於 C99 復雜類型，我有一些不明白的地方。 double complex實際上是如何傳入 function 並從 function 返回的？ 它是否像第一個帶有結構的變體一樣按值復制？

我應該使用哪個變體？

Answer 1

使用它的標准版本。 它現在已集成到編譯器中，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 的規范所示，它們可以按值訪問，並且與任何其他 function 參數的情況一樣，除非它們具有數組類型。

復數保證與兩個實數的向量具有相同的表示（= memory 布局），但它們是正確的類型：

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.

盡管它們的字節模式與浮點值的二元素向量相同，但它們與任何其他數字一樣被視為算術類型。