Jak jsem se nachytal na ukazatelové aritmetice

1.7.2009 20:22 | Přečteno: 1350× | programování | poslední úprava: 1.7.2009 20:25

Psal jsem dneska jednoduchou třídu pro animované sprajty v OpenGL. Abych nemusel texturovací souřadnice počítat při každé změně snímku, předpočítal jsem si je všechny předem do bufferu. Když pak dojde na kreslení snímku, texturovací souřadnice zadám jednoduše jako offset do tohohle bufferu. V principu velmi jednoduchý kód, ale stejně se mi v něm podařilo vyrobit chybu, kterou jsem pak dlouho a nespokojeně hledal. Je to klasický přehmat v ukazatelové aritmetice – býval bych řekl, že takovou chybu bych neudělal, no ale zjevně ano:

#include <stdio.h>

typedef struct { int a, b; } dint;

int main()
{
    dint foo[] = {{1, 2}, {3, 4}};
    printf("%i\n", *(foo + 1));
    return 0;
}

Program samozřejmě vypíše trojku, protože operátor plus přičítá násobky základního typu pole, nikoliv bajty. Tenhle post jsem napsal především proto, abych si to pořádně natloukl do hlavy a příště si podobné radosti ušetřil 

       

Komentáře

[kralyk z abclinuxu]

No kdyby počítal bajty, tak by ses dostal na druhý bajt čísla 0x00000001, což by byla nula
Jak jsi to vyřešil, přetypováním, nebo lezeš do tý struktury? Šlo by to imho takle:

printf("%i\n", *((int*)foo + 1));

[zoul]

Ten skutečný kód vypadal trošku jinak:

float *textureVertices;

A za chvilku:

const int textureOffset = currentFrame * 4 * sizeof(float);
glTexCoordPointer(2, GL_FLOAT, 0, textureVertices+textureOffset);

No a sizeof(float) bylo samozřejmě navíc, stačilo ho smazat.

[kralyk z abclinuxu]

Aha, a jak inicializuješ textureVertices jen tak pro zajímavost?

[zoul]

int frameNo = 0, i = 0;
while (frameNo <= numFrames)
{
    textureVertices[i+0] = …;
    textureVertices[i+1] = …;
    textureVertices[i+2] = …;
    textureVertices[i+3] = …;
    i+=4; frameNo++;
}

[kralyk z abclinuxu]

Hmm... to mi furt nějak vrtá hlavou. Zaprvé bych očekával ve while cyklu spíš podmínku frameNo < numFrames než větší/rovno, protože frameNo inicializuješ frameNo = 0.
Taky by dávalo smysl spíš samzat to * 4 než * sizeof(float).
Projdi si ten kód pro sizeof(float) != 4 a imho to nepůjde, nebo jo?

[zoul]

Máš body za pozornost :) Kód je ale správně. Snímky animace jsou v souboru uložené vedle sebe, takže pravé dva vrcholy každého okénka tvoří levé dva vrcholy okénka následujícího. Pro texturování N snímků tím pádem stačí (N+1)*2 vrcholů a while jde od nuly do frameNo včetně (⇒ N+1). A když chci offset prvního vrcholu snímku číslo X, musím přeskočit dva vrcholy na každý z předchozích snímků. Dva vrcholy = čtyři floaty, proto *4. Ta optimalizace je celkem zbytečná, ale podle mě není nijak zvlášť nepřehledná, tak jsem ji tam nechal.

[kralyk z abclinuxu]

Jo takhle... to N+1-1 se tedy vyruší na N. To *4 už je taky jasný.
Upřímně řečeno, tohle jsou situace, kdy si beru do ruky papír a tužku a situaci si kreslím, abych se v tom vyznal.
Doufám, že se mi za tohle na ČVUT nebudou smát...

[zoul]

Příloha:

• frames.jpg (42337 bytů)

Já kreslím jako o závod. Jednak se v tom člověk líp vyzná a jednak pak má v bločku spoustu zajímavě vypadajících čmáranic.

[Petr Bravenec]

Chjo. Chce to méně spoléhat na obecně známé pravdy a více používat vlastní hlavu:

typedef struct { int a, b; } dint;

int main() {
    dint foo[] = {{1, 2}, {3, 4}};
    printf("%i\n", foo[1].a);
    return;
    }

Já bych si na konstrukci s ukazatelem v tom původním provedení netroufnul. Aniž bych si to uvědomoval, jistě by se mi už při prvním pohledu na strukturu dint mihla hlavou myšlenka "A v jakém vlastně pořadí jsou uložené složky a a b? Nemohl by se mi stát, že to bude potřeba přeložit na něčem, co zvolí pořadí opačné?" - A měl bych jasno.

Obecně známá pravda tvrdí, že ukazatele jsou rychlejší. Moje hlava tvrdí, že to je možné, ale ve většině případů to za ty komplikace nestojí a i potom se to dá udělat mnohem bezpečněji.

[zoul]

Chce to méně spoléhat na obecně známé pravdy a více používat vlastní hlavu:

To jsme si asi nerozuměli. Ten kód je jen ukázka, na které je dobře vidět chování operátoru + na ukazatelech. Samozřejmě, že bych se k foo mohl chovat jako k poli, ale tím by to celé jaksi ztratilo pointu.

Obecně známá pravda tvrdí, že ukazatele jsou rychlejší. Moje hlava tvrdí, že to je možné, ale ve většině případů to za ty komplikace nestojí a i potom se to dá udělat mnohem bezpečněji.

Ani v tom původním kódu jsem to nedělal kvůli rychlosti, prostě mi to tak přišlo nejpraktičtější. Asi bych si býval mohl napsat nějaké struktury a pracovat s tím kusem paměti trochu méně „naslepo“, bylo by to bezpečnější a čitelnější. To je fakt.

[Petr Bravenec]

Možná jsme si vážně nerozuměli. Vím, že to byla ukázka. V C a C++ jsem toho naprogramoval mraky a z dob začátečnických i z dob pokročilejších si pamatuji, že ukazatelová aritmetika je učebnicovými příklady C jazyků protlačována mnohem častěji, než je zdrávo. Nedivím se tomu, pro C laika je ukazatel mytickou vlastností jazyka C, je proto potřeba takového laika při učení patřičně potrápit a ukazatele procvičit, dokud se z ukazatelů nestane ona obecně známá pravda. Bobužel následkem toho vyrůstají z C programátorů občas... neuvažující zvířátka navyklá na naučenou cestičku a s egem příliš pyšným na to, že zvládli jinde tak neobvyklou a přitom tak skvělou a rychlou věc, jako jsou ukazatele, takže je jednodušší a mnohem přehlednější (a v C++ i přeprogramovatelná) možnost použít hranaté závorky vůbec nenapadne.

Nechápejte to jako útok na vlastní osobu nebo ego. Snažil jsem se tímto okomentovat svůj vlastní vývoj v uvažování. Dneska už by se mi něco podobného asi nestalo, taky jsem mnohokrát dostal školení. Dneska dělám chyby mnohem jednodušší, z toho ty nejjednodušší se hledají nejhůř

[zoul]

Jo, tak to si rozumíme, souhlasím. Mám ten dojem, že když člověk mluví s OpenGL, občas mu nic jiného než ruční přístup k paměti nepomůže – OpenGL zkrátka chce těsně skládané pole floatů a basta. Býval bych si mohl nadefinovat strukturu pro jednotlivé vertexy a pak použít pole takových struktur, asi by to bylo lepší. (Místo přičítání offsetu v paměti bych sáhl na index v poli a chybu bych si ušetřil.) Jenže stejně musím pořád dávat pozor, aby šla výsledná struktura předhodit OpenGL jako posloupnost floatů s pevně daným pořadím, takže bych si o tolik nepomohl. Každopádně ano, ukazatelová aritmetika je zbytečný hazard a frajeřiny se nevyplácí.

[Michal Kubeček]

Jenže jak se v původním příspěvku píše, ten původní kód vypadal trochu jinak a pointer tam nebyl dereferencovaný. A kdybych měl porovnat p+1 a &(p[1]), už bych tak jednoznačně netvrdil, že je druhý zápis je přehlednější.