从 C++ 到 C 按值传递的复数似乎在 powerpc 上不起作用答案

【问题标题】：Complex numbers passed by-value from C++ to C does not seem to work on powerpc从 C++ 到 C 按值传递的复数似乎在 powerpc 上不起作用
【发布时间】：2016-07-12 07:26:48
【问题描述】：

当我将复杂的 float(complex.h) 从 c++ 调用程序传递到 c 库时，在 32 位电源 PC 上运行时，该值无法正确传递。当我检测到这个问题时，我正在使用两个不同的开源软件库。我已经将它隔离到 C++ 将复杂值类型传递给纯 C 类型函数的边界。我写了一些简单的代码来演示一下。

#ifndef MMYLIB_3A8726C1_H
#define MMYLIB_3A8726C1_H

typedef struct aComplexStructure {
    float r;
    float i;
} myComplex_t;

#ifdef __cplusplus
#include <complex>
extern "C" {
    void procWithComplex(float a, std::complex<float> *pb, std::complex<float> c, float d);
    void procWithStruct(float a, myComplex_t *pb, myComplex_t c, float d);
}

#else  /* __cplusplus */

#include <complex.h>
void procWithComplex(float a, float complex *pb, float complex c, float d);
void procWithStruct(float a, myComplex_t *pb, myComplex_t c, float d);

#endif

#endif /* MYLIB_3A8726C1_H */

源C文件如下

#include <stdio.h>
#include "myLib.h"

void procWithComplex(float a, complex float * pb, complex float  c, float d)
{
    printf("a=%f\n", a);
    printf("b=%f + %fi\n", creal(*pb), cimag(*pb));
    printf("c=%f + %fi\n", creal(c), cimag(c));
    printf("d=%f\n", d);
}


void procWithStruct(float a, myComplex_t* pb, myComplex_t c, float d)
{
    printf("a=%f\n", a);
    printf("b=%f + %fi\n", pb->r, pb->i);
    printf("c=%f + %fi\n", c.r, c.i);
    printf("d=%f\n", d);
}

调用C++程序如下

#include <iostream>
#include "myLib.h"

int main()
{
    float a = 1.2;
    std::complex<float> b = 3.4 + 3.4I;
    std::complex<float> c = 5.6 + 5.6I;
    float d = 9.876;

    myComplex_t b_s, c_s;

    b_s.r = b.real();
    b_s.i = b.imag();

    c_s.r = c.real();
    c_s.i = c.imag();

    std::cout << "a=" << a << std::endl;
    std::cout << "b=" << b << std::endl;
    std::cout << "c=" << c << std::endl;
    std::cout << "d=" << d << std::endl << std::endl;

    // c is a 64 bit structure being passed by value.
    // on my 32 bit embedded powerpc platform, it is being
    // passed by reference, but the underlying C library is
    // reading it by value.
    procWithComplex(a, &b, c, d);
    std::cout << std::endl;

    // This is only here to demonstrate that a 64 bit value field
    // does pass through the C++ to C boundry
    procWithStruct(a, &b_s, c_s, d);
    return 0;
}

通常我希望输出是

a=1.2
b=(3.4,3.4)
c=(5.6,5.6)
d=9.876

a=1.200000
b=3.400000 + 3.400000i
c=5.600000 + 5.600000i
d=9.876000

a=1.200000
b=3.400000 + 3.400000i
c=5.600000 + 5.600000i
d=9.876000

但是当我在嵌入式 power pc 机器上运行源代码时，我得到的输出显示 complex 的值类型没有被正确传递。

a=1.2
b=(3.4,3.4)
c=(5.6,5.6)
d=9.876

a=1.200000
b=3.400000 + 3.400000i
c=-0.000000 + 9.876000i
d=0.000000

a=1.200000
b=3.400000 + 3.400000i
c=5.600000 + 5.600000i
d=9.876000

我从 gdb 以及调用和函数框架中检查了参数的大小，浮点数、复数浮点数指针、复数浮点数和浮点数的大小分别为 4 字节、4 字节、8 字节和 4 字节。

我意识到我可以将复杂值参数更改为指针，或者在跨越 c++ 到 c 边界时更改我自己的结构，但我想知道为什么我不能将复杂值类型从 c++ 传递给 c电源电脑。

我创建了另一个示例，只是这次我转储了一些程序集以及寄存器值。

int x = 22;
std::complex<float> y = 55 + 88I;
int z = 77;
void simpleProc(int x, complex float y, int z)

就在调用之前传入参数的地方。

x = 22
y =  {_M_value = 55 + 88 * I} 
Looking at raw data *(int*)&y = 1113325568
z = 77

这应该是汇编代码，它保存返回地址并保存要传递给例程的参数。

x0x10000b78 <main()+824> lwz     r9,40(r31)
x0x10000b7c <main()+828> stw     r9,72(r31)
x0x10000b80 <main()+832> lwz     r9,44(r31)
x0x10000b84 <main()+836> stw     r9,76(r31)   
x0x10000b88 <main()+840> addi    r9,r31,72    
x0x10000b8c <main()+844> lwz     r3,16(r31)   
x0x10000b90 <main()+848> mr      r4,r9       
x0x10000b94 <main()+852> lwz     r5,20(r31)   
x0x10000b98 <main()+856> bl      0x10000f88 <simpleProc>

查看分支后的程序集:)

x0x10000f88 <simpleProc>         stwu    r1,-48(r1)  
x0x10000f8c <simpleProc+4>       mflr    r0      
x0x10000f90 <simpleProc+8>       stw     r0,52(r1)   
x0x10000f94 <simpleProc+12>      stw     r29,36(r1)  
x0x10000f98 <simpleProc+16>      stw     r30,40(r1)  
x0x10000f9c <simpleProc+20>      stw     r31,44(r1)  
x0x10000fa0 <simpleProc+24>      mr      r31,r1      
x0x10000fa4 <simpleProc+28>      stw     r3,8(r31)  
x0x10000fa8 <simpleProc+32>      stw     r5,12(r31) 
x0x10000fac <simpleProc+36>      stw     r6,16(r31)  
x0x10000fb0 <simpleProc+40>      stw     r7,20(r31)  
x0x10000fb4 <simpleProc+44>      lis     r9,4096

这些是我们完全进入例程后的值（在分配变量值之后。

x = 22
y =  1.07899982e-43 + 0 * I
z = 265134296

$r3 = 22
$r4 = 0x9ffff938
*(int*)$r4 = 1113325568
$r5 = 77

*(int*)(&y) = 77

我的外行观点是看起来 C++ 将复杂值类型作为引用或指针类型传递？但是 C 将其视为值类型？那么这是power pc上gcc的问题吗？我正在使用 gcc4.7.1。我正在构建 gcc4.9.3 作为另一台机器上的交叉编译器。一旦我从较新的编译器获得输出，我将更新这篇文章。

在使交叉编译器工作时遇到问题，但查看原始问题的内存转储，确实表明在 power pc 平台上，复杂值不是按值传递的。我把结构体的例子放在这里是为了说明一个64位的值可以在32位的机器上按值传递。

【问题讨论】：

这不是问题，但是以下划线开头后跟大写字母 (_MYLIB_H_) 的名称和包含两个连续下划线的名称保留给实现。不要使用它们。
您是否尝试过在您的 C 代码部分的 power pc 上创建预期的复杂值，并转储预期值的十六进制值和从 C++ 部分作为输入接收的值以查看它们如何不一样？
@John 他们是不兼容的，一个是类模板实例，另一个是内置类型，它们的参数传递约定预计不会相同，甚至如果二进制布局幸运地重合。
我同意@n.m。如果您希望 C 代码和 C++ 代码互操作，请对两者使用相同的类型。 myComplex_t 起作用的原因是因为它对于您的 C 和 C++ 代码是相同的类型。
这只是我尝试运行代码（使用 gcc 4.7.1 构建）时的问题。在 32 位 powerpc 嵌入式平台上。在使用 gcc 4.8.5 编译的 x86_64 GNU/Linux 平台上，通过 c++ 到 c 边界传递复杂的浮点数可以正常工作。我目前无法访问其他平台，因此我无法验证这是否发生在除 power pc 之外的其他平台上。我怀疑它与电源 pc 是隔离的，因为这似乎其他人以前会遇到过这个问题。

标签： c++ c pass-by-value complex-numbers powerpc

【解决方案1】：

您的代码会导致未定义的行为。在 C++ 单元中，函数声明为：

extern "C" void procWithComplex(float a, std::complex<float> *pb, std::complex<float> c, float d);

但函数体是：

void procWithComplex(float a, complex float * pb, complex float  c, float d)

不匹配。

为帮助编译器诊断此错误，您应避免使用预处理器为同一函数切换不同的原型。

为避免此错误，您需要让函数原型仅使用在 C 和 C++ 中都有效的类型。就像您在 myComplex_t 示例中所做的那样。

【讨论】：

【解决方案2】：

我们最终在开发板上使用交叉编译器与本机编译器来创建二进制文件。对于我们使用的本机编译器，显然复数在 C 到 C++ 的边界上没有得到正确处理。

所有建议的更改都尝试过但都失败了，但它们仍然是很好的建议。它帮助证实了我们的想法，即它可能是一个编译器问题，使我们能够尝试使用交叉编译器。谢谢大家！

【讨论】：

这不是正确的解决方案。您正在调用 UB，但很幸运，您的代码随时可能爆炸。