FlatBuffers C++ reinterpret_cast 访问实际上是未定义的行为吗？这样做实际上可以吗？答案

【问题标题】：Is FlatBuffers C++ reinterpret_cast access actually undefined behavior? Is it practically OK to do that?FlatBuffers C++ reinterpret_cast 访问实际上是未定义的行为吗？这样做实际上可以吗？
【发布时间】：2020-05-13 04:18:51
【问题描述】：

最近我尝试在 C++ 中使用FlatBuffers。我发现 FlatBuffers 似乎使用了很多类型双关语，比如 C++ 中的 reinterpret_cast。这让我有点不舒服，因为我学会了it's undefined behavior in many cases。

例如Rect 在 fbs 文件中：

struct Rect {
    left:int;
    top:int;
    right:int;
    bottom:int;
}

变成这个 C++ 代码以便从表中读取它：

  const xxxxx::Rect *position() const {
    return GetStruct<const xxxxx::Rect *>(VT_POSITION);
  }

而the definition of GetStruct 只是使用 reinterpret_cast。

我的问题是：

这真的是 C++ 中未定义的行为吗？
在实践中，这种用法真的会有问题吗？

更新：

缓冲区可以来自网络或磁盘。如果缓冲区实际上来自同一个 C++ 程序的编写者编写的同一个内存，我不知道是否不同。

但是作者自动生成的方法是：

  void add_position(const xxxxx::Rect *position) {
    fbb_.AddStruct(Char::VT_POSITION, position);
  }

这将使用this method 和this method，因此也使用reinterpret_cast。

【问题讨论】：

这在一定程度上取决于VT_POSITION 的定义以及那里的数据是如何到达那里的。
@1201ProgramAlarm VT_POSITION 是一个自动生成的枚举常量，我认为它就像一个偏移量： enum FlatBuffersVTableOffset FLATBUFFERS_VTABLE_UNDERLYING_TYPE { VT_POSITION = 4, VT_CANDIDATE = 6 };
根据发布的代码无法回答。如果该类型的对象存在于该位置，则该代码将是有效的。
@M.M 我只是想询问通常的 FlatBuffers 使用情况，比如从网络或磁盘读取缓冲区。

标签： c++ flatbuffers

【解决方案1】：

我没有分析整个 FlatBuffers 的源代码，但我没有看到这些对象是在哪里创建的：我没有看到新的表达式，它会在这里创建 P 对象：

template<typename P> P GetStruct(voffset_t field) const {
    auto field_offset = GetOptionalFieldOffset(field);
    auto p = const_cast<uint8_t *>(data_ + field_offset);
    return field_offset ? reinterpret_cast<P>(p) : nullptr;
  }

看来，这段代码确实有未定义的行为。

但是，这仅适用于 C++17（或 pre）。在 C++20 中，会有 implicit-lifetime 对象（例如，标量类型、聚合都是隐式生命周期类型）。如果P 具有隐式生命周期，则可以很好地定义此代码。前提是相同的内存区域总是被一个类型访问，这不违反类型双关规则（例如，它总是被相同的类型访问）。

【讨论】：

【解决方案2】：

我认为Flatbuffers: Use in C++ 页面回答了您的两个问题：

直接内存访问

从上面的例子可以看出，缓冲区中的所有元素都是通过生成的访问器访问的。这是因为所有平台上的所有内容都以小端格式存储（访问器在大端机器上执行交换操作），还因为用户通常不知道事物的布局。

对于结构，布局是确定性的，并且保证跨平台相同（标量与它们自己的大小对齐，结构本身与其最大的成员对齐），您可以使用 sizeof() 和memcpy 指向一个结构的指针，甚至是一个结构数组。

这些段落保证 - 给定一个有效的平面缓冲区 - 所有内存访问都是有效的，因为该特定位置的内存将匹配预期的布局。

如果您正在处理不受信任的 flatbuffer，您首先需要使用验证器函数来确保 flatbuffer 有效：

此验证程序将检查所有偏移量、所有字段大小和字符串的空终止，以确保在访问缓冲区时，所有读取都将在缓冲区内结束。

【讨论】：