需要帮助将代码从 C 翻译为 Java

Question

来自这篇文章。代码如下：

float InvSqrt(float x){ // line 0
   float xhalf = 0.5f * x;
   int i = *(int*)&x; // store floating-point bits in integer
   i = 0x5f3759d5 - (i >> 1); // initial guess for Newton's method
   x = *(float*)&i; // convert new bits into float
   x = x*(1.5f - xhalf*x*x); // One round of Newton's method
   return x;
}

...我什至不知道那是 C 还是 C++。 [好吧，显然是 C，谢谢]有人可以帮我把它翻译成 Java 吗？ （我希望只是）第 2 行和第 4 行让我感到困惑。

Answer 1

您想要使用这些方法：

• Float.floatToIntBits
• Float.intBitsToFloat

并且可能存在 strictfp 等问题。

大致是这样的：（注意：这是未经测试的！）

float InvSqrt(float x){ // line 0
   float xhalf = 0.5f * x;
   int i = Float.floatToIntBits(x); // store floating-point bits in integer
   i = 0x5f3759d5 - (i >> 1); // initial guess for Newton's method
   x = Float.intBitsToFloat(i); // convert new bits into float
   x = x*(1.5f - xhalf*x*x); // One round of Newton's method
   return x;
}

Answer 2

这些行用于在 float 和 int 之间转换为位模式。 Java 在 java.lang.Float 中有静态方法 - 其他一切都是相同的。

static float InvSqrt(float x) { // line 0
    float xhalf = 0.5f * x;
    int i = Float.floatToIntBits(x); // store floating-point bits in integer
    i = 0x5f3759d5 - (i >> 1); // initial guess for Newton's method
    x = Float.intBitsToFloat(i); // convert new bits into float
    x = x * (1.5f - xhalf * x * x); // One round of Newton's method
    return x;
}

Answer 3

你引用的代码是C语言，尽管注释是C++风格的。

代码所做的涉及浮点值在位级别的存储方式的知识。 “幻数”0x5f3759d5 与特定值有关。

初始化 i 时会访问浮点 x 值的位，因为 x 的地址已取消引用。因此，i 加载了浮点值的前 32 位。在下一行中，用 i 的内容写入 x，更新工作近似值。

我读到，当 John Carmack 与 Id 的开源 Quake 引擎一起发布该代码时，该代码变得流行起来。代码的目的是快速计算1/Sqrt(x)，用于图形引擎的光照计算。

我无法将此代码直接翻译为 Java，因为它使用如上所述的“类型双关语”——当它像访问 int 一样访问内存中的 float 时。 Java 阻止了这种活动，但正如其他人指出的那样，Float 对象提供了围绕它的方法。

在 C 中使用这个奇怪的实现的目的是为了让它非常快。在撰写本文时，我想这种方法会带来很大的改进。我想知道今天的差异是否值得，因为浮点运算已经变得更快了。

使用 Java 方法将浮点型与整数位相互转换可能比直接使用 Java 数学函数计算平方根的倒数要慢。

Answer 4

好吧，我在这里有点冒险，因为我懂 C，但不懂 Java。

从字面上看，用 Java 重写这段 C 代码是自找麻烦。
即使在 C 语言中，代码也是不可移植的。
除其他外，它还依赖于：
浮点数的大小。
整数的大小。
浮点数的内部表示。
浮点数和整数的字节对齐。
使用逻辑右移实现右移（即 i>>1）
与算术右移相反（这将在 1 上移动）
具有高位 1 位的整数，因此不再等于除法
2）。

我理解Java编译为字节码而不是直接编译为
机器代码。字节码解释器的实现者调整使用
基于字节码规范和理解的假设
编译器从合理输入源输出的内容
代码。

像这样的黑客行为不属于“合理输入源”的范畴。

没有理由期望口译员会执行
用你的 C hack 更快，事实上有一个很好的机会
它会更慢。

我的建议是：忽略 C 代码。

寻求以 Java 为中心的效率提升。

C hack 的概念是：

通过利用内部知识来近似 1/square(x)
浮点数的表示已经有
指数分解为数字，exponent(x)/2 更快
如果你已经有指数（x），则计算根（x）。

然后黑客执行牛顿法的一次迭代
以减少近似误差。我猜想
一次迭代将误差减少到可以容忍的程度。

也许这个概念值得在 Java 中进行研究，
但细节将取决于对以下方面的深入了解
JAVA是如何实现的，而不是C是如何实现的。

Answer 5

您关心的线路非常简单。第 2 行获取 float x 中的字节（这些字节采用某种浮点表示形式，例如 IEEE754），并将它们按原样存储在整数中。这将导致完全不同的数字，因为整数和浮点数以字节形式表示不同。第 4 行执行相反的操作，再次将该 int 中的字节传输到 float