执行FFT计划后FFTW输出向量大小错误

Question

我在使用 fftw 库执行 FFT 计划时遇到问题。我正在声明大小为 2048 的 fftIn 和 fftOut 向量，并用它们定义一个 fftwf_plan_dft_1d。

但是当我执行计划时，fftOut 向量突然全错了。在我的代码中，调试时我可以看到它的大小从 2048 变为 0。当我编写下面的小型可执行示例时，我得到的大小不正确，例如 17293858104588369909。

当然，当我尝试访问向量的第一项时，会发生 SIGSEGV。

我的代码：

#include <complex>
#include <iostream>
#include <fftw3.h>
#include <vector>
using namespace std;

typedef std::vector<std::complex<float>> fft_vector;

int main() {
    const unsigned int VECTOR_SIZE = 2048;
    fft_vector* fftIn = new fft_vector(VECTOR_SIZE);
    fft_vector* fftOut = new fft_vector(VECTOR_SIZE);

    fftwf_plan fftPlan = fftwf_plan_dft_1d(VECTOR_SIZE, reinterpret_cast<fftwf_complex*>(fftIn), reinterpret_cast<fftwf_complex*>(fftOut), FFTW_FORWARD, FFTW_ESTIMATE);

    fftwf_execute(fftPlan);

    std::cout << fftOut->size() << std::endl;
    std::cout << fftOut->at(0).real() << fftOut->at(0).imag() << std::endl;

    return 0;
}

当然，我知道 fftIn vector 在这个例子中是空的，但是当它不是空的时候输出就坏了。在这种情况下，SIGSEGV 发生在第二个 cout 中，如前所述。

我的完整代码有线程（但 FFT 全部发生在同一个线程中，因此竞争条件不适用），这是在这个小示例中尝试隔离代码的原因之一，以防万一，不过好像还是有问题。

有什么想法吗？

Answer 1

你不能 reinterpret_cast 指向复杂元素指针的向量：你正在访问向量内部变量（如大小），不一定是向量原始数据，这可能解释了为什么对象被丢弃在输出中，以及接下来发生的所有坏事。

另一方面，强制转换向量数据的地址是可行的。

只需做（不需要 new 向量，使用标准声明）：

fft_vector fftIn(VECTOR_SIZE);
fft_vector fftOut(VECTOR_SIZE);
// load your data in fftIn
fftwf_plan_dft_1d(VECTOR_SIZE, static_cast<const fftwf_complex*>(&fftIn[0]), static_cast<fftwf_complex*>(&fftOut[0]), FFTW_FORWARD, FFTW_ESTIMATE);

Answer 2

主要问题是您将一个矢量传递给它，这是行不通的；您需要传递矢量内容： &((*fftIn)[0]) 和 &((*fftOut)[0]) 或类似的内容。实际上，您是在告诉 fftw 踩踏矢量对象的元数据（包括长度，这解释了为什么它有时为 0 有时是乱码）。它实际上是写到向量结构的开头，因为那是指针指向的地方。它还使用 fftIn 的元数据作为 fft 输入的一部分，这也不是您想要的。

您可以考虑改用 fftw_complex 和 fftw_malloc，这将确保您的数据按照 fftw 需要的方式存储：http://www.fftw.org/doc/SIMD-alignment-and-fftw_005fmalloc.html 如果你真的需要它，你可以在之后将 fftOut 放在一个向量中。这将确保您获得 SIMD（如果可用）的优势，并避免任何具有复杂类型和内存分配的特定于编译器或平台的行为。使用 fftw 的类型和分配器意味着您的代码将始终如您所愿地以最佳方式工作，无论您运行它在哪个平台上以及您使用哪个编译器。

这是您从 fftw 的文档 (http://www.fftw.org/doc/Complex-One_002dDimensional-DFTs.html) 进行转换的示例：

#include <fftw3.h>
...
{
    fftw_complex *in, *out;
    fftw_plan p;
    ...
    in = (fftw_complex*) fftw_malloc(sizeof(fftw_complex) * N);
    out = (fftw_complex*) fftw_malloc(sizeof(fftw_complex) * N);
    p = fftw_plan_dft_1d(N, in, out, FFTW_FORWARD, FFTW_ESTIMATE);
    ...
    fftw_execute(p); /* repeat as needed */
    ...
    fftw_destroy_plan(p);
    fftw_free(in); fftw_free(out);
}

尝试匹配此示例，您的代码应该会达到您的预期。

编辑：如果你必须使用 C++ 复数和向量，这应该有效：

const unsigned int VECTOR_SIZE = 2048;
fft_vector* fftIn = new fft_vector(VECTOR_SIZE);
fft_vector* fftOut = new fft_vector(VECTOR_SIZE);

fftwf_plan fftPlan = fftwf_plan_dft_1d(VECTOR_SIZE, 
    reinterpret_cast<fftwf_complex*>(&(*fftIn)[0]),
    reinterpret_cast<fftwf_complex*>(&(*fftOut)[0]),
    FFTW_FORWARD, FFTW_ESTIMATE);

fftwf_execute(fftPlan);

std::cout << fftOut->size() << std::endl;
std::cout << fftOut->at(0).real() << fftOut->at(0).imag() << std::endl;

请注意，您必须取消引用向量指针才能让 [] 运算符工作；获取索引 0 为您提供实际矢量数据的第一个元素，因此该元素的地址是您需要提供给 fftw_plan.

的地址（指针）

执行FFT计划后FFTW输出向量大小错误

FFTW output vector size is wrong after executing the FFT plan

c++

fftw