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お世話になります。
BASSというオーディオライブラリで三角波の再生を行いたいと考えております。
How can I generate a triangle wave with "BASS_SampleCreate"?を参考にC++のソースコードをC#で書き直そうとしています。
C#には「Buffer.BlockCopy」というのがあり、データをコピーできそうなことはわかったのですが、「srcOffset」、「dstOffset」、「count」はどのように指定すればよいのでしょうか。
そもそもC++コード内の

    memcpy(&data[a * period], data, period * sizeof(*data));

というのがいまいち理解できていません。
C++のコードは全くといっていいくらい読んだことがないため、的外れなことを書いていたら申し訳ないのですが、何かアドバイスを頂けないでしょうか。

C++のソースコード

int period = 64;
int cycles = 100 * 440;
short *data = new short[cycles * period];
int a;
int period4 = period / 4;
for (a = 0; a < period4; a++) {
    data[a] = 32767 * a / period4;
    data[period4 + a] = 32767 - data[a];
    data[2 * period4 + a] = -data[a];
    data[3 * period4 + a] = -32767 + data[a];
}
for (a = 1; a < cycles; a++)
    memcpy(&data[a * period], data, period * sizeof(*data));
delete[] data;

現状のC#のソースコード

int period = 64;
int cycles = 100 * 440;
short[] data = new short[cycles * period];
int a;
int period4 = period / 4;
for (a = 0; a < period4; a++){
data[a] = 32767 * a / period4;
data[period4 + a] = 32767 - data[a];
data[2 * period4 + a] = -data[a];
data[3 * period4 + a] = -32767 + data[a];
}
for (a = 1; a < cycles; a++){
// ここでつまずいています
}
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  • sayuriさんが指摘されたように、元のC++のコードは誤っています。このままmemcpyの部分だけ何とか対応しても期待の結果は得られないでしょう。どこから拾ってきたコードかわかりませんが、正しいコードを探しなおした方が良いでしょう。元のコードが一体何を意図したコードなのか説明できれば、その部分を正しいコードに修正することを含めた回答を得られるかもしれません。
    – OOPer
    2019年5月22日 3:45
  • float に整数除算結果を入れている時点で推して知るべし状態。元ソースは全部間違っている、ないしは、転記時に誤りを入れちゃった可能性があるっすね。
    – 774RR
    2019年5月22日 7:27
  • 修正後のC++コード、datafloat *に変えられましたが、これだとmemcpy(data + a * period * 2, data, period * 2);が必ず領域外アクセスになります。(ラッキーなら落ちる、不運なら暴走する、もっと不運なら動いているように見えて全然異なる結果になる。)単に「一部誤り」と言ったレベルではない誤りがあります。(そもそも元コードは「配列に三角波データを入れるのがバグっている」ように見えるのですが、float[]に波形データを入れる際には普通-1.0f...1.0fに正規化します。-32767...32767の値をfloat[]に入れるなんてことはしないんですが。)
    – OOPer
    2019年5月22日 7:39
  • お世話になります。いろいろ不明確な点があるかと思い、行いたいことを明確化できるよう、質問を修正いたしました。また、ご指摘いただいていた「 short *data = new float[cycles * period];」の部分も修正いたしました。よろしくお願いいたします。
    – user29034
    2019年5月22日 11:18
  • memcpyに相当するライブラリは既に回答済みですが、この質問で何の回答を求められているのでしょうか?
    – sayuri
    2019年5月22日 12:25

3 件の回答 3

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元のソースコードが間違っています。

 short *data = new float[cycles * period];

この部分、float型配列でメモリ確保を行っているにもかかわらず、short*として扱っています。このため、コンパイラーはfloat実数ではなくshort整数と見なしてコード生成してしまいます。
その結果、

memcpy(data + a * period * 2, data, period * 2);

も、short整数としてアドレス計算してしまうことになります。またmemcpyの第3引数は(扱うポインターのデータ型に依らず)コピーを行うバイト数を指定することになります。period * 2とのことですが、これはsizeof(short) == 2を想定したコードでしょうか? この点を気を付ける必要があります。std::copy_nであれば要素数を指定できますので、こちらを使用することをお勧めします。

元コードを修正されたということですが、問題自体は何も変わっていません。

memcpy(data + a * period * 2, data, period * 2);
// ↓
memcpy(&data[a * period * 2], &data[0], period * 2);

というコードであり、data配列の0番目以降の値をdata配列のa * period * 2番目以降の位置へperiod * 2バイトコピーする(ただしこのサイズがdata配列の何要素分に相当するかは不明)、という意味です。


以上、元のソースコードが間違っており、コピーを行うサイズが不明確な点を指摘した上で、C#でのコピー方法ですが…
C# / .NET Frameworkではガベージコレクタがメモリ管理を行っており、プログラム実行中にメモリ移動が発生し得る仕様となっています。このため、基本的にはポインターを扱っていません。配列と配列オフセットで要素を指定することになります。

が用意されています。

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  • すみません、ソースコードに一部誤りがあったため、直しました。ただ、「sizeof(short) == 2」が指定されているかどうかは、調べ切れていません。
    – user29034
    2019年5月22日 5:45
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直接の回答ではないのですが、「三角波の再生」とご質問に明示されたので、正しいC++側のコードを示しておきたいと思います。

サンプルに16-bit符号付整数を使う場合。

int period = 64; // <- 1周期分の要素数
int seconds = 100; // <- データの秒数
int frequency = 440; // <- 再生音の周波数(Hz)
int cycles = seconds * frequency;
short *data = new short[cycles * period]; // <- `short *`なら`new short[...]`
//1周期分(`period`個の要素)に三角波データを埋める
int period4 = period / 4;
for( int a = 0; a < period4; ++a ) {
    //-32767...32767 の三角波データの作成
    data[a] = 32767 * a / period4;
    data[period4 + a] = 32767 - data[a];
    data[2 * period4 + a] = -data[a];
    data[3 * period4 + a] = -32767 + data[a];
}
//残り(`cycles-1`周期分)は最初の1周期のデータをコピーする
for( int c = 1; c < cycles; ++c ) { // <- 1つ目のforとは異なった種類の値なんで無理に変数を使い回すべきでない
    memcpy(data + c * period, data, period * sizeof(short)); // <- `data +`の後は要素単位、第3引数はバイト単位
}

//...`delete[]`する前に`data`を使うコードがあるはず?

delete[] data;

サンプルに32-bit浮動小数点数を使う場合。

int period = 64; // <- 1周期分の要素数
int seconds = 100; // <- データの秒数
int frequency = 440; // <- 再生音の周波数(Hz)
int cycles = seconds * frequency;
float *data = new float[cycles * period]; // <- `float *`なら`new float[...]`
//1周期分(`period`個の要素)に三角波データを埋める
int period4 = period / 4;
for( int a = 0; a < period4; ++a ) {
    //-1.0f...1.0f の三角波データの作成
    data[a] = (float)a / (float)period4;
    data[period4 + a] = 1.0f - data[a];
    data[2 * period4 + a] = -data[a];
    data[3 * period4 + a] = -1.0f + data[a];
}
//残り(`cycles-1`周期分)は最初の1周期のデータをコピーする
for( int c = 1; c < cycles; ++c ) { // <- 1つ目のforとは異なった種類の値なんで無理に変数を使い回すべきでない
    memcpy(data + c * period, data, period * sizeof(float)); // <- `data +`の後は要素単位、第3引数はバイト単位
}

//...`data`を使うコード

delete[] data;

「BASSというオーディオライブラリ」のC#バインディングがどうなっているのよくわからないので、肝心の「memcpyのやり方」をC#に置き換えることはやっていませんが、コメントの内容をよく読んで、何をするためのmemcpyなのかが理解できれば、sayuriさんのご回答と合わせて正しい処理が書けるのではないかと思います。

ポイントとしては「short使いたいのかfloat使いたいのかはっきりしてよ」と言うところでしょうか。


追記

上のshortの場合でいうと、最初のfor( int a... )のループが完了した時点で、dataの指す配列の中身はこんな感じになっているわけです。

+32767     o
          o o
         o   o
        o     o
 0     o-------o-------+-------+-------+-------+-------+...............+-------+-------|
                o     o^               ^               ^               ^               ^
                 o   o |               |               |               |               |
                  o o  |               |               |               |               |
-32767             o   |               |               |               |               |
                       period*1        period*2        period*3      period*(cycles-1) period*cycles

後は同じことなんで、それをコピーして、

+32767     o               o               o                               o
          o o             o o             o o                             o o
         o   o           o   o           o   o           .               o   o
        o     o         o     o         o     o         .               o     o
 0     o-------o-------o-------o-------o-------o-------o...............o-------o-------|
                o     o^        o     o^        o     o^              .^        o     o^
                 o   o |         o   o |         o   o |             . |         o   o |
                  o o  |          o o  |          o o  |               |          o o  |
-32767             o   |           o   |           o   |               |           o   |
                       period*1        period*2        period*3      period*(cycles-1) period*cycles

ってな感じにしたいわけです。

どこからどこまでの範囲をどうコピーすればいいのか、memcpyの動作やC++のポインタ演算が完全には理解できていなくても、配列にどんなデータを埋めていけば良いのかがわかれば、おおよそはわかると思うんですが…。

思考停止して機械的な書き換えをしようと思わず、何をするコードなのか理解するようにして下さい。

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/mem***() は「メモリ上の物理的配置」を強く意識しないと使えない代物です。他言語はこの辺を故意に隠ぺいしている関係で 独特のものといってもいいでしょう。元コードを に移植する際においては memcpy() 部分は元コードを参考にせず OOPer さんの示した「元コードが何をやっているか」を理解した上で書き直すのが手早いっす。元コードの memcpy 部分の詳しい解説は で何をしなければならないかの理解の邪魔になるので省略。

「何をするコード」なのか
- 三角波の1周期分を [data[0]...data[period]) の半開区間に格納しています。
- それを複写すれば「複数周期」になるわけですよね。

ってことは、やらなきゃならないことは data の部分データの複写で、

複写元:配列 data の位置 0 長さ period の区間
複写先:配列 data の位置 period*1
複写先:配列 data の位置 period*2 ... 以下同文

ここまでわかったらすでに提示されている「配列の複写」 Array.Copy を使うのが手早そうです。 MSDN 解説によると4種類の Copy が可能だとわかりました。今回やりたいのは配列内要素を同一配列内の違う位置にコピーなので、4種類のうちどれが適切なのかを解説読んで探します。

今回単に int を使えば十分なので引数に Int64 を使うものは不要。
複写先を 0 位置固定にするのは不適。
ということで Array.Copy(Array sourceArray, int sourceIndex, Array destinationArray, int destinationIndex, int length); が最適だと判明します。

あと は型が縮小する方向への変換はキャストの明示を要求する仕様であること、何がしたいのかもっと直観的に読めるように直しておきたいので

for (int i = 0; i < period4; ++i)
{
    int val = 32767 * i / period4;
    data[0 * period4 + i] = (short)(val);
    data[1 * period4 + i] = (short)(32767 - val);
    data[2 * period4 + i] = (short)(-val);
    data[3 * period4 + i] = (short)(-32767 + val);
}
for (int i = 1; i < cycles; ++i)
{
    Array.Copy(data, 0, data, i * period, period);
}

ってことになりそうです。 0 * period4 とか無駄っぽいですが、最近のコンパイラは十分賢いので最適化してくれますし、してくれなくても初期化1回だけなんだったらキニシナイ。

# 宿題なんだったらそろそろ期限切れだろうし
# SO 的には「もっと考えてね」よりは直接の回答になってるほうがよいと判断

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  • ありがとうございます。Array.Copyでよかったんですね。大変助かりました。
    – user29034
    2019年5月24日 1:11

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