在不违反严格别名的情况下使用数据缓冲区答案

【问题标题】：Using a data buffer without violating strict aliasing在不违反严格别名的情况下使用数据缓冲区
【发布时间】：2015-09-25 14:58:16
【问题描述】：

我想重写一段（旧）代码以符合标准。旧代码使用缓冲区来存储 POD 结构和校验和以通过网络发送和接收它。对于发送，代码如下：

struct MessageStruct {int a; float b;};

char buffer[sizeof(MessageStruct) + sizeof(uint32_t)];
((MessageStruct*)buffer)->a = 12;
((MessageStruct*)buffer)->b = 3.14159f;
*((uint32_t*)(buffer + sizeof(MessageStruct))) = 9876;

// Use the data buffer in some way.
SendMessage(buffer, sizeof(buffer));

对于接收，代码如下：

struct MessageStruct {int a; float b;};

// Receive: char *buffer, int size
const MessageStruct *message = (MessageStruct*)buffer;
uint32_t checksum = *((uint32_t*)(buffer + sizeof(MessageStruct)));

如何更新此代码以使其完全符合标准，尤其是不违反严格的别名规则？

我找到了解决类似问题的帖子：strict aliasing and alignment，Shared memory buffers in C++ without violating strict aliasing rules。但是，这些都没有真正回答我的问题；或者也许他们有，但我没有看到。

更新：正如一些答案已经说明的那样，最简单的方法是使用memcpy。我想知道，有没有办法使用placement new 或其他不需要复制并就地构造它的构造来做到这一点？

【问题讨论】：

IIANM，语言律师标签主要用于正式的标准问题，而不是实际问题。
@jrok 嗯，好点子。我会删除它。
顺便说一句，你可能有字节序问题
@Jarod42 是的，确实如此，但幸运的是，现在这不是问题。

标签： c++

【解决方案1】：

在您的情况下，避免违反严格别名规则的最简单方法是将 memcpy() 内容放入缓冲区。

【讨论】：

感谢您的快速答复。我也在考虑这个解决方案，但我也/希望有一个避免复制的解决方案。
没有标准的祝福方式。有些人会建议基于联合的解决方案，但这在技术上仍然是 UB - 虽然不是可能会打击你的那个。

【解决方案2】：

使用memcpy:

MessageStruct msg;
msg.a = 12;
msg.b = 3.14;
uint32_t n = 9876;

memcpy(buffer, &msg, sizeof(msg));
memcpy(buffer + sizeof(msg), &n, sizeof(n));

【讨论】：

【解决方案3】：

首先，您将结构的内存表示发送到另一台机器的方法是有缺陷的，因为另一台机器的布局甚至大小可能与您的不同。使用正确定义的元格式，如 JSON、XML 或类似的东西。

现在，如果您不关心这些缺陷，您可以采取自己的方法更进一步：

struct MessageStructWithChecksum:
    MessageStruct
{
    uint32_t checksum;
};

除了struct 和原始字节之间的转换，没有别名问题。另请注意，您可以定义函数局部结构，并且可以编写用于不同消息类型的模板。

【讨论】：

【解决方案4】：

发送部分最简单：

struct MessageStruct {int a; float b;};
struct MessageStructWithCheckSum { MessageStruct s; uint32_t check_sum;};

MessageStructWithCheckSum m;
m.s.a = 12;
m.s.b = 3.14159f;
m.check_sum = 9876;

// Use the data buffer in some way.
SendMessage(reinterpret_cast<const unsigned char*>(m), sizeof(m));

您可以通过 [..] char 或 unsigned char 类型访问对象的存储值。

对于读取部分，我认为你必须复制以避免严格的别名规则。

但实际上，您必须进行特殊处理来管理字节顺序（以及具有不同表示形式的类型），这无论如何都是一种复制。

【讨论】：