我可以在 C++ 中安全地将浮点结构转换为浮点数组吗？ [复制]

Question

例如我有这个结构

struct  A {
    float x;
    float y;
    float z;
};

我可以这样做吗？ A a; float* array = (float*)&a; 并使用 as 浮点数组？

Answer 1

不，将struct 类型转换为数组将不起作用。允许编译器在成员之间添加 padding。

数组成员之间没有填充。

注意：没有什么能阻止你进行转换，但是，在转换后使用值会导致未定义的行为。

Answer 2

在实际意义上，是的，您可以这样做，它适用于所有最常用的架构和编译器。

参见维基百科上的"Typical alignment of C structs on x86" 部分。

更多细节：

• 浮点数为 4 个字节，不会插入任何填充（几乎所有情况）。

• 大多数编译器还可以选择指定结构的打包，您可以强制不插入任何填充（即 Visual Studio 中的 #pragma pack）

• 保证数组在内存中是连续的。

你能保证它可以在世界上所有的 CPU 上和所有的编译器一起工作吗？不..但我绝对希望看到一个失败的平台:)

编辑：如果有填充字节，添加 static_assert(sizeof(A) == 3*sizeof(float)) 将使此代码无法编译。这样你就可以确定它在编译时可以工作。

Answer 3

这是一个严格的别名违规，简单明了。在您的情况下，使用该指针对除第一个元素以外的任何元素的任何访问都是未定义的行为。在更复杂的情况下，无论您访问哪个元素，它都只是简单的未定义行为。

如果需要数组，请使用数组。 std::array 也有 std::get 的重载，因此您可以使用它来命名每个单独的数组成员：

using A = std::array<float, 3>;

enum AElement { X, Y, Z };

int main() {
  A a;
  get<X>(a) = 3.0f; // sets X;

  float* array = a.data(); // perfectly well defined
}

Answer 4

对于 g++，您可以为结构使用属性，如下所示：

struct  A {
    float x;
    float y;
    float z;
}__attribute__((__packed__));

这是禁用结构对齐。

Answer 5

您可以这样做，直到编译器开始优化，然后出现问题。

使用指向第一个元素的指针访问结构的第一个元素以外的任何元素都是未定义的行为。 “未定义的行为”意味着任何事情都可能发生。编译器可能假设没有未定义的行为。

编译器可以从中推断出许多结果：如果编译器知道您的 float* 指向结构的第一个元素，那么它可以推断出该数组的每个索引都等于 0（因为其他任何内容都未定义行为）。如果编译器不知道这一点，那么它可以推断出数组指针不能指向结构，改变数组元素不能改变结构元素，反之亦然。

你能看出这会如何出错吗？