c++ - 转换为仅由 char[] 组成的结构并从该数组读取是否定义良好？

Question

reinterpret_cast有很多用途可以编译，但是是 UB。它仅在少数情况下得到明确定义。目前对我来说重要的，正在转换到:

• 在其元素或非静态数据成员中包含上述类型之一的聚合或 union 类型(递归地包括子聚合或包含的 union 的元素或非静态数据成员)
• char 或 unsigned char 类型

假设我有一个缓冲区，其中包含我想要解析的二进制结构。我用struct其中仅包含 char a[100]并使用方法来提取 uint32_t位于 a[3] 。将缓冲区转换为结构，然后以这种方式访问​​结构的数组是否定义良好？

如果是，我想那是因为上面的两条规则；然而，我也有一半的期望这些规则不适用于 char[] ，或者我可能会遇到某种对齐问题，因为它是一个数组而不仅仅是 char* 。

一个小代码示例，使用例更加清晰:

struct Overlay {
    char a[100];

    uint32_t parseSomeField() const {
        return my_char_to_uint32_t_function(&a[3]);
    }
};

int main() {
    std::vector<char> buffer(1024);
    // fill buffer
    auto overlay = reinterpret_cast<const Overlay*>(&buffer[0]);
    std::cout << overlay->parseSomeField() << std::endl;
}

我假设替换 char a[100]简单地 char *a肯定没问题，但是给Overlay我想要解析的结构的大小，它也允许我执行以下操作:

Overlay overlay;
// fill overlay by writing into it directly
std::cout << overlay.parseSomeField() << std::endl;

这节省了一些代码行。

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编辑:

感谢您的回答和评论，我很清楚 reinterpret_cast 的使用是UB。以下内容支持使用现有缓冲区和直接复制到结构中。你可以做sizeof以及，这很好。另外，这应该得到很好的定义:

struct VersatileOverlay {
    char a[100];

    static uint32_t parseSomeField(const char *a) {
        return some_char_to_uint32_t_function(a + 3);
    }

    uint32_t parseSomeField() const {
        return parseSomeField(&a[0]);
    }
};

int main() {
    std::vector<char> buffer(1024);
    // fill buffer
    std::cout << VersatileOverlay::parseSomeField(&buffer[0]) << std::endl;

    VersatileOverlay vo;
    memcpy(&vo, /*source ptr*/, sizeof(VersatileOverlay));
    std::cout << vo.parseSomeField() << std::endl;
}

parseSomeField()它的 sibling 将简单地调用它们的静态对应项，并将内部缓冲区传递给它们。

Answer 1

Is casting to a struct that consists solely of a char[] and reading from that array well defined?

根据以下规则，它没有明确定义:

[basic.lval]

If a program attempts to access the stored value of an object through a glvalue whose type is not similar ([conv.qual]) to one of the following types the behavior is undefined:

• the dynamic type of the object,
• a type that is the signed or unsigned type corresponding to the dynamic type of the object, or
• a char, unsigned char, or std::byte type.

当底层对象是char动态数组时，这些列出的类型都不是Overlay。

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这里看起来是一个明智的解决方案，实际上只是一个免费(或静态成员)函数:

std::uint32_t
parseSomeField(const char* a) const {
    return my_char_to_uint32_t_function(a + 3);
}

您可以使用它来解析 vector :

parseSomeField(buffer->data());

或者，如果您确实有一个类似于 Overlay 的类:

parseSomeField(overlay.a);