c - 在 C 中安全地将 char* 双关语

Question

在开源中 program I wrote ，我正在从文件中读取二进制数据(由另一个程序编写)并输出整数， double ， 和其他各种数据类型。挑战之一是它需要 在两种字节顺序的 32 位和 64 位机器上运行，这意味着我 最终不得不做相当多的低级位操作。我知道一个(非常) 关于类型双关语和严格别名的一些知识，想确保我 以正确的方式做事。

基本上，很容易将 char* 转换为各种大小的 int:

int64_t snativeint64_t(const char *buf) 
{
    /* Interpret the first 8 bytes of buf as a 64-bit int */
    return *(int64_t *) buf;
}

我有一系列支持函数可以根据需要交换字节顺序，例如 作为:

int64_t swappedint64_t(const int64_t wrongend)
{
    /* Change the endianness of a 64-bit integer */
    return (((wrongend & 0xff00000000000000LL) >> 56) |
            ((wrongend & 0x00ff000000000000LL) >> 40) |
            ((wrongend & 0x0000ff0000000000LL) >> 24) |
            ((wrongend & 0x000000ff00000000LL) >> 8)  |
            ((wrongend & 0x00000000ff000000LL) << 8)  |
            ((wrongend & 0x0000000000ff0000LL) << 24) |
            ((wrongend & 0x000000000000ff00LL) << 40) |
            ((wrongend & 0x00000000000000ffLL) << 56));
}

在运行时，程序会检测机器的字节顺序并分配 以上之一指向函数指针:

int64_t (*slittleint64_t)(const char *);
if(littleendian) {
    slittleint64_t = snativeint64_t;
} else {
    slittleint64_t = sswappedint64_t;
}

现在，当我尝试将 char* 转换为 double 时，棘手的部分就来了。 ID 喜欢像这样重用字节序交换代码:

union 
{
    double  d;
    int64_t i;
} int64todouble;

int64todouble.i = slittleint64_t(bufoffset);
printf("%lf", int64todouble.d);

但是，一些编译器可以优化掉“int64todouble.i”赋值 并中断程序。有没有更安全的方法来做到这一点，同时考虑 这个程序必须保持性能优化，而且我会 不想编写一组并行的转换来将 char* 转换为 直接加倍？如果双关的 union 方法是安全的，我应该是 重写我的函数，如 snativeint64_t 以使用它？

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我最终使用了 Steve Jessop's回答是因为重写了转换函数以使用 memcpy，如下所示:

int64_t snativeint64_t(const char *buf) 
{
    /* Interpret the first 8 bytes of buf as a 64-bit int */
    int64_t output;
    memcpy(&output, buf, 8);
    return output;
}

编译成与我的原始代码完全相同的汇编程序:

snativeint64_t:
        movq    (%rdi), %rax
        ret

在这两个版本中，memcpy 版本更明确地表达了我正在尝试做的事情，即使是最天真的编译器也应该可以工作。

Adam，你的回答也很精彩，我从中学到了很多东西。感谢发帖!

Answer 1

我强烈建议您阅读 Understanding Strict Aliasing .具体来说，请参阅标有“通过 union 类型转换”的部分。它有很多很好的例子。虽然这篇文章是在一个关于 Cell 处理器的网站上并使用 PPC 汇编示例，但几乎所有内容都同样适用于其他架构，包括 x86。