浮動小数点値のC++ XORスワップ

Question

浮動小数点値のXORスワッピングアルゴリズムをC++で使用することはできますか？同じデータ型

を持つ個別の変数の値を交換する

のXORビット演算が、私は少し混乱しています：

しかしウィキペディアは言います。このコードで：

void xorSwap (int* x, int* y) { 
    *x ^= *y; 
    *y ^= *x; 
    *x ^= *y; 
} 

int main() { 

    float a = 255.33333f; 
    float b = 0.123023f; 
    xorSwap(reinterpret_cast<int*>(&a), reinterpret_cast<int*>(&b)); 
    std::cout << a << ", " << b << "\n"; 

    return 0; 
} 

（少なくともgccの下では）動作するようですが、必要ならばそのような練習が許されていますか？

Answer 1

技術的には、はですが、IInspectableによって明確にコメントされているため、未定義の動作が発生します。
とにかく、代わりにstd::swapを使用することをお勧めします。これは、特定のデータ型に特化したテンプレートであり、うまく機能するように設計されています。

Answer 2

intがfloatと同じサイズであれば、実際の合理的なアーキテクチャであれば実際に動作します。浮動小数点数のメモリはビットの集合です。これらのビットを解釈し、xor演算を使用してそれらを完全に入れ替えます。これらのビットを適切なfloatとして再び使用できます。参照する見積もりは、交換する2つの値が同じタイプである必要があり、どちらもintです。

しかし、アーキテクチャによっては、さまざまな種類のレジスタ間での移動、または明示的にレジスタをメモリにフラッシュする可能性があります。最近、正真正銘の最適化コンパイラを使って、ほとんどすべての正常なアーキテクチャーで見られるように、std::swapや一時変数を持つ式を使用した明示的なスワップが実際に高速です。

I.e.次のように記述する必要があります好ましく

float a = 255.33333f; 
float b = 0.123023f; 
float tmp = a; 
a = b; 
b = tmp; 

かを：あなたのアーキテクチャの標準ライブラリの作者が実際に有益であることがスワッピングXORを決定した場合

は

float a = 255.33333f; 
float b = 0.123023f; 
std::swap(a,b); 

、あなたは最後の形式は、それを使用することを願っていなければなりません。 xorのやりとりは、不必要に不可解な実装に意図を隠すという点で典型的な悪いイディオムです。悪質なオプティマイザを使用して真剣に登録が不足しているケースでは効率的でした。

Answer 3

あなたのコードは、未定義の動作を呼び出します。 CまたはC++ではfloat*をint*にキャストしてそのまま使用することはできません。 reinterpret_castは、互換性のあるレイアウトを持つ無関係の構造体間の変換、または型付きポインタとvoid*の間の一時的な変換に使用する必要があります。

ああ、この特定のケースでは、UBは単なる学問的な問題ではありません。コンパイラは、xorSwap()がfloatには触れず、言語のエイリアス規則で許容される最適化を実行し、スワップされた値の代わりにaとbの元の値を出力することがあります。そして、それはintとfloatが異なるサイズやアラインメントのアーキテクチャになっていません。

フロートからunsigned char配列にmemcpy()を、ループでXORを実行してからmemcpy()に戻す必要があります。もちろん、通常のスワップよりも動作を遅くします。もちろん、xorベースのスワッピングは、通常のスワッピングよりも遅いです。

Answer 4

a）コンパイラが許可する場合に可能です。

b）の標準は、gccの上で何をしたい正確に述べるよりも実際に少ない効率的な行動（すなわち、未定義の動作）

C）を定義しないため、操作：

を与えられた：

void xorSwap (unsigned int* x, unsigned int* y) { 
    *x ^= *y; 
    *y ^= *x; 
    *x ^= *y; 
} 

void swapit3(float& a, float&b) 
{ 
    xorSwap(reinterpret_cast<unsigned int*>(&a), reinterpret_cast<unsigned int*>(&b)); 
} 

この中

結果：この一方

swapit3(float&, float&):       # @swapit3(float&, float&) 
     mov  eax, dword ptr [rdi] 
     xor  eax, dword ptr [rsi] 
     mov  dword ptr [rdi], eax 
     xor  eax, dword ptr [rsi] 
     mov  dword ptr [rsi], eax 
     xor  dword ptr [rdi], eax 
     ret 

：0この中の

void swapit2(float& a, float&b) 
{ 
    std::swap(a,b); 
} 

結果：

swapit2(float&, float&):       # @swapit2(float&, float&) 
     mov  eax, dword ptr [rdi] 
     mov  ecx, dword ptr [rsi] 
     mov  dword ptr [rdi], ecx 
     mov  dword ptr [rsi], eax 
     ret 

リンク：https://godbolt.org/g/K4cazx