恢复通过网络发送的结构

Question

我的同事想通过网络发送一些由 T 类型表示的数据。他通过将T 转换为char* 并使用带有套接字的write(2) 调用发送它来执行此传统方式™：

auto send_some_t(int sock, T const* p) -> void
{
    auto buffer = reinterpret_cast<char const*>(p);
    write(sock, buffer, sizeof(T));
}

到目前为止，一切都很好。这个简化的例子，除了去掉任何错误检查，应该是正确的。假设 T 类型可以简单地复制，我们可以使用 std::mempcy() 在对象之间复制这种类型的值（根据 C++17 标准 [1] 中的 6.7 [basic.types] 第 3 点），所以我猜 write(2) 也应该可以工作因为它盲目地复制二进制数据。

棘手的地方在于接收方。

假设有问题的类型 T 如下所示：

struct T {
    uint64_t foo;
    uint8_t bar;
    uint16_t baz;
};

它有一个需要 8 个字节对齐的字段 (foo)，因此整个类型需要 8 个字节的严格对齐（参见 6.6.5 [basic.align] 第 2 点的示例）。这意味着T 类型的值的存储必须只分配在合适的地址上。

现在，下面的代码呢？

auto receive_some_t(int sock, T* p) -> void
{
    read(sock, p, sizeof(T));
}

// ...

T value;
receive_some_t(sock, &T);

看起来很阴暗，但应该可以正常工作。接收到的字节do 代表T 类型的有效值，并被盲目复制到T 类型的有效对象中。

但是，如何使用原始 char 缓冲区，如以下代码：

char buffer[sizeof(T)];
read_some_t(sock, buffer);

T* value = reinterpret_cast<T*>(buffer);

这是我的程序员大脑触发红色警报的地方。我们绝对不能保证char[sizeof(T)] 的对齐方式与T 的对齐方式相匹配，这是一个问题。我们也不会往返指向有效T 对象的指针，因为在我们的内存中没有 类型为T 的有效对象。而且我们不知道另一边使用了哪些编译器和选项（也许另一边的结构被打包了，而我们的没有）。

简而言之，我发现将原始char 缓冲区转换为其他类型存在一些潜在问题，并且会尽量避免编写上述代码。但显然它是有效的，并且是“每个人都这样做”的方式。

我的问题是：根据 C++17 标准，恢复通过网络发送并接收到具有适当大小的 char 缓冲区的结构是否合法？

如果不是，那么使用std::aligned_storage<sizeof(T), alignof(T)> 接收这样的结构呢？如果std::aligned_storage 也不合法，是否有任何 合法的方式通过网络发送raw 结构，或者碰巧工作是个坏主意.. . 直到没有？

我将结构体视为一种表示数据类型的方式，并将编译器在内存中布置它们的方式视为实现细节，而不是作为数据交换所依赖的有线格式，但我愿意犯错。

[1]www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2017/n4713.pdf

Answer 1

冒险的部分不是内存对齐，而是T 对象的生命周期。当您将reinterpret_cast<> 内存作为T 指针时，不会创建对象的实例，并且像使用它一样使用它会导致 Undefined B行为。

在 C++ 中，所有对象都必须生成并停止存在，从而定义它们的生命周期。这甚至适用于int 和float 等基本数据类型。唯一的例外是char。

换句话说，合法的是将缓冲区中的字节复制到已经存在的对象中，如下所示：

char buffer[sizeof(T)];

// fill the buffer...

T value;
std::memcpy(&value, buffer, sizeof(T));

不用担心性能。编译器将优化所有这些。