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c++ - std::memcpy 或显式 char 值赋值 - 在 C++ 中相等且合法

coder 2024-02-22 原文

在下面的示例中，uint32_t 的值表示被复制到 uint8_t 数组。这是由 std::memcpy 完成的。据我了解 C++ 标准，这是完全合法的:我们通过转换为 unsigned char* 的 T* 访问类型为 T 的对象。没有别名问题，没有对齐问题。

反之则不太明显。我们正在通过 unsigned char* 访问 T 的对象表示，这是合法的。但是访问这个词包括改变吗？

当然没有锯齿和对齐问题。然而，如果缓冲区 s 中的值来自外部来源，则会出现问题:我们必须确保正确的字节顺序并省略陷阱表示。可以检查正确的字节顺序，这样就可以解决。 但是陷阱表示呢？我们怎样才能避免这种情况？或者 uint 类型没有陷阱表示而不是说 double？

我知道另一种(更合规？)方法是将 uint8_t 值转移到 uint_t 对象中。我们仍然必须遵守字节顺序，但这应该安全地省略陷阱表示。

但小型 µC(8 位)上的大型类型移位可能非常昂贵!

下一个问题是，第二次尝试(见下面的代码)在合法性和功能方面是否等同于 memcpy 方法？好吧，看起来 memcpy 版本对优化器更友好。 

#include <cstdint>
#include <cstring>
#include <cassert>

typedef uint32_t utype;

constexpr utype value = 0x01020304;

int main() {
    utype a{value};
    utype b{0};
    uint8_t s[sizeof(utype)]{};

    // first     
    std::memcpy(s, &a, sizeof(utype));
    assert(s[0] == (value & 0xff));

    std::memcpy(&b, s, sizeof(utype));
    assert(b == value);

    // second    

    const uint8_t* ap = reinterpret_cast<const uint8_t*>(&a);
    s[0] = ap[0]; // explicitly legal in C++
    s[1] = ap[1];
    s[2] = ap[2];
    s[3] = ap[3];
    assert(s[0] == (value & 0xff));

    uint8_t* bp = reinterpret_cast<uint8_t*>(&b);
    bp[0] = s[0]; // same as memcpy or ist this UB ?
    bp[1] = s[1];
    bp[2] = s[2];
    bp[3] = s[3];
    assert(b == value);
}

最佳答案

But does the term accessing include changing?

是的。

注意:事实上，这就是 memcpy 在概念上所做的。它修改字节，就好像它们是窄字符对象一样。 如果这不可能，那么 memcpy 就无法在标准 C++ 中实现。

But what about trap representations? How can we avoid that?

这很棘手。如果您知道陷阱表示，那么在尝试使用具有陷阱表示的类型中的值之前，您必须使用对象的窄字符 View 对其进行测试。我不知道是否有处理陷阱表示的标准方法。

也许应该有一个std::is_trap<T>(void*) trait 来解决这个问题，但据我所知还没有。

I know that another (more compliant?) way would be shifting the uint8_t values into the uint_t object. We still have to obey the endianness but this should safely omit trap representations.

如果外部值是陷阱表示，那么该值可能无论如何都无法表示，因此这种转移可能会产生一些其他问题，例如在这种情况下溢出。

shifting 和 memcpy 之间的区别在于，shifting 允许将已知字节序转换为本地字节序，而 memcpy 在源已经具有本地字节序时工作。

如果保证uint8_t是 unsigned char 的别名，那么第二个片段将被明确定义并且在功能上等同于 memcpy。我不知道它是否有保证，但这肯定是常见的。只有窄字符类型有指针别名规则的异常(exception)。 

assert(s[0] == (value & 0xff));

此断言依赖于 CPU 的字节顺序。

关于c++ - std::memcpy 或显式 char 值赋值 - 在 C++ 中相等且合法，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/47324994/

amp43codememcpyuintc++language-lawyerstrict-aliasingtype-punning

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