C/C++ 低级强制转换有什么作用？答案

【问题标题】：C/C++ What does casting do in the low level?C/C++ 低级强制转换有什么作用？
【发布时间】：2020-10-28 13:33:35
【问题描述】：

有人告诉我，类型转换 C 转换只会改变系统解释信息的方式（例如，将 char 'A' 转换为 int 在使用 cout 打印时确实返回 65自从在内存它保持为01000001)。

但是，我注意到，当将浮点数转换为相同宽度的整数时，该值是守恒的，不会改变，就像只改变解释一样。例如，设X 为双精度浮点数：

double X = 3.14159;

就我现在而言，在检查&X 时，我们会发现（由decimal to binary converter 转换）：

01000000 00001001 00100001 11111001 11110000 00011011 10000110 01101110

但是，正如你们中的一些人已经知道的那样，在这样做时：

long long Y = (long long)X;

Y 将是3，即X 的截断版本，而不是4614256650576692846，如果查找long long，则在查看&X 处的二进制值时将获得的值。

所以，我认为很明显他们错了，但是，低级别的演员如何工作？是否检测到该值是否会更改？您将如何编码以获取 Y = 4614256650576692846 而不是 Y = 3？

【问题讨论】：

所有演员表都不同。这个演员改变了位。
memcpy(&Y, &X, sizeof(Y));
每当您觉得需要在您的 C++ 程序中进行 C 风格的类型转换时，您应该将其视为您做错了什么的标志。
char 和 int （几乎总是）不同的大小，因此这不是编译器只是重新解释位的最佳示例。在常见情况下，编译器必须在逻辑上将三个字节的数据添加到char，然后才能将其解释为int。如果char 是负数，这些字节甚至可能不都是0。将这种转换描述为创建一个与char 具有相同数值的int 要简单得多。
演员阵容无关紧要。 long long Y = X; 会做同样的事情。

标签： c++ c casting type-conversion low-level

【解决方案1】：

铸造将尝试尽可能精确地保留值。您可以使用memcpy() 来复制位模式。

#include <iostream>
#include <cstring>

int main() {
    double X = 3.14159;
    long long Y;
    memcpy(&Y, &X, sizeof(Y));
    std::cout << Y << '\n';
    return 0;
}

【讨论】：

只是一些吹毛求疵：不能保证sizeof(long long) == sizeof(double)。现在恰好是这样。此外，对于处理位，更喜欢使用unsigned 整数。

【解决方案2】：

强制转换让编译器决定如何更改数据，以使其尽可能有用，同时尊重所请求的数据类型。

int 到 char 的转换只是将解释从 65 更改为 'A'。

然而，当我们有一个我们想要保存的值时，编译器将使用特殊指令进行转换。

例如，当从double 转换为long long 时，处理器将使用CVTTSD2SI 指令，该指令将FP 寄存器的值加载并截断为通用寄存器：

double a = 3.14159;
long long b = (long long)a;

将进行反汇编（为了便于理解，我去掉了堆栈指针）：

movsd   xmm0, QWORD PTR [a]
cvttsd2si       rax, xmm0
mov     QWORD PTR [b], rax

因此，使用原始值的方法将如所选答案中所述：取消引用指向 double 的指针并将其放入 long long 变量中，或者如其他所述，使用 memcpy()。

【讨论】：

【解决方案3】：

如果要获取Y = 4614256650576692846，可以使用：

double X = 3.14159;
long long Y = *( (long long*)(&X) );

这会将双指针转换为 long long 指针，然后编译器会认为 (long long*)(&X) 是 long long 存储的某个地方。

但我不建议你这样做，因为结果是基于double在你的机器上的存储方式，结果不能保证是4614256650576692846。

【讨论】：

不仅如此，这种演员阵容是未定义的行为。您不能将double 与long long 命名。（在大多数情况下，只允许基于 char 的类型使用别名。）bit_cast 会解决这个问题，同时看起来更好。
您需要 memcpy 才能安全便携地键入双关语。或 C++20 std::bit_cast。此答案中的代码仅适用于某些实现，例如g++ -fno-strict-aliasing，或始终适用于 MSVC。但是这个问题被标记为 g++ 和 clang，因此特定于 MSVC 的类型双关语不是一个好的答案，尤其是在没有警告它是 ISO C++ 中的 UB 以及在大多数编译器中并不完全安全的非标准扩展时。（它可能碰巧在简单的情况下工作，但 memcpy 总是工作，并在现代编译器中有效地优化。）
这是错误代码。这个答案违反了严格的别名。参见What is the strict aliasing rule? 它也可能违反6.3.2.3 Pointers, paragraph 7 of the C11 standard（其他版本和C++ 有类似的限制）：“指向对象类型的指针可能会转换为指向不同对象类型的指针。如果生成的指针未正确对齐引用类型，行为未定义。”