将字节数组转换为POD

Question

比方说,我有一组无符号字符代表一堆POD对象(例如从套接字或通过mmap读取).它们代表哪些类型以及在运行时确定的位置,但我们假设每个类型已经正确对齐.

将这些字节"转换"为相应的POD类型的最佳方法是什么？

解决方案应该符合c ++标准(比方说> = c ++ 11)或者至少可以保证使用g ++> = 4.9,clang ++> = 3.5和MSVC> = 2015U3.编辑:在Linux,Windows上运行x86/x64或32/64位臂.

理想情况下,我想做这样的事情:

uint8_t buffer[100]; //filled e.g. from network

switch(buffer[0]) {
    case 0: process(*reinterpret_cast<Pod1*>(&buffer[4]); break;
    case 1: process(*reinterpret_cast<Pod2*>(&buffer[8+buffer[1]*4]); break;
    //...
}

要么

switch(buffer[0]) {
    case 0: {
         auto* ptr = new(&buffer[4]) Pod1; 
         process(*ptr); 
    }break;
    case 1: {
         auto* ptr = new(&buffer[8+buffer[1]*4]) Pod2; 
         process(*ptr); 
    }break;
    //...
}

两者似乎都有效,但两者都是c ++中的AFAIK未定义行为¹⁾.而且只是为了完整性:我知道将通常的东西复制到适当的局部变量中的"通常"解决方案:

 Pod1 tmp;
 std::copy_n(&buffer[4],sizeof(tmp), reinterpret_cast<uint8_t*>(&tmp));             
 process(tmp); 

在某些情况下,它可能不是其他人的开销,在某些情况下甚至可能更快,但性能除外,我不再能够修改数据并且说实话:它让我很生气,知道我有右位在内存中的适当位置,但我不能使用它们.

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我想出的一个有点疯狂的解决方案是:

template<class T>
T* inplace_cast(uint8_t* data) {
    //checks omitted for brevity
    T tmp;
    std::memmove((uint8_t*)&tmp, data, sizeof(tmp));
    auto ptr = new(data) T;
    std::memmove(ptr, (uint8_t*)&tmp,  sizeof(tmp));
    return ptr;

}

g ++和clang ++似乎能够优化掉那些副本,但我认为这给优化器带来了很多负担,并且可能导致其他优化失败,无法使用const uint8_t*(虽然我不想实际修改它)和只是看起来很可怕(不要以为你会得到过去的代码审查).

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¹⁾第一个是UB,因为它打破了严格的别名,第二个可能是UB(这里讨论过),因为标准只是说生成的对象没有初始化并且具有不确定的值(而不是保证底层内存不受影响) .我相信第一个等效的c代码是明确定义的,因此编译器可能允许这与c-header的兼容性,但我不确定这一点.

Answer 1

最正确的方法是创建所需 POD 类的（临时）变量，并用于memcpy()将数据从缓冲区复制到该变量中：

switch(buffer[0]) {
    case 0: {
        Pod1 var;
        std::memcpy(&var, &buffer[4], sizeof var);
        process(var);
        break;
    }
    case 1: {
        Pod2 var;
        std::memcpy(&var, &buffer[8 + buffer[1] * 4], sizeof var);
        process(var);
        break;
    }
    //...
}

这样做的主要原因是对齐问题：缓冲区中的数据可能无法正确对齐到您正在使用的 POD 类型。制作副本可以消除这个问题。即使网络缓冲区不再可用，它还允许您继续使用该变量。

只有当您完全确定数据正确对齐时，您才能使用您提供的第一个解决方案。

（如果您从网络读取数据，则应始终首先检查数据是否有效，并且不会在缓冲区之外读取。例如&buffer[8 + buffer[1] * 4]，您应该检查该地址的开头加上大小Pod2 的值不超过缓冲区长度。幸运的是您正在使用uint8_t，否则您还必须检查它buffer[1]是否不是负值。）