如何使用标量数组初始化含标量成员的cpx结构体数组以节省内存占用？

结论 #

可以实现，只要满足两个前提即可：

1. 编译器不会给cpx结构体插入填充字节：这个对kissFFT定义的复数结构体100%成立，所有主流编译器对两个连续float成员的结构体都不会加填充，你可以加编译期断言确认。
2. 遵循C语言严格别名规则，避免未定义行为，不要直接强转指针，建议用union做类型双关或者开启-fno-strict-aliasing编译选项（嵌入式开发常用）。

具体实现方案 #

方案1：x和y内存连续的场景（上层调用时x、y从同一块连续缓冲区分配）

这种场景下x+y的总大小刚好等于N个cpx结构体的大小，可以直接复用作为库函数的输出数组，完全砍掉原来的tmp_cpx_B临时数组，节省7680字节内存：

// 编译期校验结构体布局合法性
static_assert(sizeof(cpx) == 2 * sizeof(float), "cpx结构体存在填充字节");
static_assert(offsetof(cpx, real) == 0, "real成员偏移量错误");
static_assert(offsetof(cpx, imag) == sizeof(float), "imag成员偏移量错误");

void my_func(float *x, float *y) /* 要求x和y指向连续内存，总大小2*960*sizeof(float) */
{
    cpx tmp_cpx_A[960];
    
    // 填充tmp_cpx_A的逻辑保持不变
    for (int i = 0; i < 960; i++) {
        tmp_cpx_A[i].real = do_some_calculation(x[i]);
        tmp_cpx_A[i].imag = do_some_other_calculation(x[i]);
    }

    // 用union绕开严格别名规则，将x+y的连续内存转为cpx数组使用
    union {
        float *f;
        cpx *c;
    } alias;
    alias.f = x;
    some_library_function(tmp_cpx_A, alias.c); // 输出直接写入x+y的内存
    
    // 从复用的内存中读取结果计算输出y
    for (int i = 0; i < 960; i++) {
        y[i] = do_final_calculation(alias.c[i].real, alias.c[i].imag);
    }
}

如果你的项目编译时开启了-fno-strict-aliasing选项，可以省略union，直接强转指针：

cpx *tmp_cpx_B = (cpx*)x;
some_library_function(tmp_cpx_A, tmp_cpx_B);

方案2：x和y内存不连续的场景

这种场景下可以砍掉一半临时内存占用，只保留1个cpx临时数组，通过两次轻量循环交换数据，总循环次数仅1920次，性能损耗可以忽略：

static_assert(sizeof(cpx) == 2 * sizeof(float), "cpx结构体存在填充字节");

void my_func(float *x, float *y)
{
    cpx tmp_buf[960]; // 仅保留一个临时数组，节省7680字节
    
    // 用输入x生成库函数需要的输入数组
    for (int i = 0; i < 960; i++) {
        tmp_buf[i].real = do_some_calculation(x[i]);
        tmp_buf[i].imag = do_some_other_calculation(x[i]);
    }

    // 把输入数组的实部、虚部分别存入已无用的x数组和未使用的y数组
    for (int i = 0; i < 960; i++) {
        x[i] = tmp_buf[i].real;
        y[i] = tmp_buf[i].imag;
    }

    // 重新组装输入数组，调用库函数输出到tmp_buf
    for (int i = 0; i < 960; i++) {
        tmp_buf[i].real = x[i];
        tmp_buf[i].imag = y[i];
    }
    // 若库函数支持原地操作直接传同一个指针即可，不支持的话可调整为分块读写避免重叠
    some_library_function(tmp_buf, tmp_buf);

    // 计算最终输出y
    for (int i = 0; i < 960; i++) {
        y[i] = do_final_calculation(tmp_buf[i].real, tmp_buf[i].imag);
    }
}

注意事项 #

kissFFT的kiss_fft_cpx结构体设计本身就保证了内存连续无填充，上述方案在所有嵌入式常用编译器（GCC、ARMCC、IAR）下都可以正常运行，不会出现兼容性问题，也不会暴露内部依赖，对外API保持不变。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ZinGer_KyoN