C++：reinterpret_cast 在这些场景中是最佳选择吗？

Question

这一直困扰着我很长时间：如何将指针从任何东西转换为 char * 以将二进制文件转储到磁盘。

在 C 中，您甚至都不会考虑它。

double d = 3.14;
char *cp = (char *)&d;

// do what u would do to dump to disk

但是，在 C++ 中，每个人都说 C-cast 不受欢迎，我一直在这样做：

double d = 3.14;
auto cp = reinterpret_cast<char *>(&d);

现在这是从cppreference复制的， 所以我认为这是正确的方法。

但是，我从多个来源了解到这是 UB。 （例如this one） 所以我不禁想知道是否有任何“DB”方式（根据那个帖子，没有）。

我经常遇到的另一个场景是这样实现一个API：

void serialize(void *buffer);

你可以将很多东西转储到这个缓冲区。现在，我一直在这样做：

void serialize(void *buffer) {
    int intToDump;
    float floatToDump;

    int *ip = reinterpret_cast<int *>(buffer);
    ip[0] = intToDump;

    float *fp = reinterpret_cast<float *>(&ip[1]);
    fp[0] = floatToDump;
}

嗯，我猜这也是UB。

现在，真的没有“DB”方式来完成这些任务吗？ 我见过有人使用uintptr_t 来完成类似于serialize 的任务，其中指针作为整数数学以及sizeof， 但我猜这里也是UB。

即使他们是 UB，编译器编写者通常也会做一些理性的事情来确保一切正常。 我同意：这不是不合理的要求。

所以我的问题真的是，对于上面提到的两个常见任务：

1. 真的没有“DB”方式来完成它们以满足终极 C++ 怪胎吗？
2. 除了我一直在做的事情之外，还有什么更好的方法来完成它们吗？

谢谢！

Answer 1

您的serialize 实现的行为未定义，因为您违反了strict aliasing 规则。简而言之，严格的别名规则说，您不能通过指针或对不同类型的引用来引用任何对象。不过，该规则有一个主要例外：任何对象都可以通过指向 char、unsigned char 或（自 C++17 起）std::byte 的指针来引用。请注意，此例外不适用于相反的情况； char 数组不能通过指向 char 以外的类型的指针访问。

这意味着您可以通过如下更改来使您的 serialize 函数定义良好：

void serialize(char* buffer) {
    int intToDump = 42;
    float floatToDump = 3.14;

    std::memcpy(buffer, &intToDump, sizeof(intToDump));
    std::memcpy(buffer + sizeof(intToDump), &floatToDump, sizeof(floatToDump));

    // Or you could do byte-by-byte manual copy loops
    // i.e.
    //for (std::size_t i = 0; i < sizeof(intToDump); ++i, ++buffer) {
    //    *buffer = reinterpret_cast<char*>(&intToDump)[i];
    //}
    //for (std::size_t i = 0; i < sizeof(floatToDump); ++i, ++buffer) {
    //    *buffer = reinterpret_cast<char*>(&floatToDump)[i];
    //}
}

这里，std::memcpy 不是将buffer 转换为指向不兼容类型的指针，而是将指向对象的指针转换为序列化为指向unsigned char 的指针。这样做不会违反严格的别名规则，并且程序的行为保持良好定义。请注意，确切的表示仍然未指定；因为这取决于您的 CPU 的字节序。