このポインタキャストは厳密なエイリアシング規則を破棄しますか？

Question

これはクエイクIIIアリーナから高速逆平方根の実装です：

float Q_rsqrt(float number) 
{ 
     long i; 
     float x2, y; 
     const float threehalfs = 1.5F; 

     x2 = number * 0.5F; 
     y = number; 
     i = * (long *) &y;      // evil floating point bit level hacking 
     i = 0x5f3759df - (i >> 1);    // what? 
     y = * (float *) &i; 
     y = y * (threehalfs - (x2 * y * y)); // 1st iteration 
//  y = y * (threehalfs - (x2 * y * y)); // 2nd iteration, this can be removed 

     return y; 
} 

私はlong int型iがフロートyの（long *にキャスト）アドレスに間接参照値をとることに気づきました。次にコードはiの参照を、のyにあるアドレス（キャストはfloat *）に格納します。

iはyと同じタイプではないため、厳密なエイリアシングルールが破られますか？

値が逆参照されていて、がコピーされていると思われます。;操作はオリジナルではなくコピーで実行されます。

Answer 1

はい、このコードはひどく壊れており、未定義の動作を呼び出します。具体的には、次の2行に気づく：オブジェクト*(long *)&yはlongを入力しているので

y = number; 
    i = * (long *) &y;      // evil floating point bit level hacking 

を、コンパイラ型floatのオブジェクトをエイリアスすることができないことを想定して自由です。従って、コンパイラは、これら2つの演算を互いに並べ替えることができる。

これを修正するには、共用体を使用する必要があります。

Answer 2

i = * (long *) &y;

これは、エイリアシング規則を破るため、未定義の動作を呼び出します。

オブジェクトyは、floatと異なるタイプ、またはcharの符号付き/符号なしバリアントとアクセスしています。

y = * (float *) &i;

もエイリアシング規則を破る上記のこの文。

Answer 3

はい、エイリアシングルールが破損します。現代のCで

、あなたがi = * (long *) &y;を変更することができます：あなたが使用しているCの実装では、longとfloatは適してい、という保証を持って提供

y = (union { long l; float f; }) {i} .f; 

：

へ

i = (union { float f; long l; }) {y} .l; 

とy = * (float *) &i;サイズと表現を定義すると、その動作はC標準によって定義されます。あるタイプのオブジェクトのバイトは、他のタイプとして再解釈されます。

Answer 4

はい、エイリアシングルールが破損しています。

i = * (long *) &y;のようなもののためにきれいな修正は、このようになります：

memcpy(&i, &y, sizeof(i)); // assuming sizeof(i) == sizeof(y) 

それは、アライメントやエイリアシングの問題を回避します。また、最適化を有効にすると、通常はmemcpy()への呼び出しをほんの数の命令に置き換える必要があります。

他の方法と同様に、この方法ではトラップ表現に関連する問題は修正されません。しかし、ほとんどのプラットフォームでは、整数型のトラップ表現はありません。浮動小数点フォーマットを知っていれば、浮動小数点フォーマットのトラップ表現があればそれを避けることができます。