c++ - 通过浮点指针操作字节 vector

Question

是否可以操纵 std::vector<unsigned char>通过它的数据指针，就好像它是 float 的容器一样？

这是一个根据需要编译和(看起来？)运行的示例(GCC 4.8，C++11):

#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<unsigned char> bytes(2 * sizeof(float));
    auto ptr = reinterpret_cast<float *>(bytes.data());
    ptr[0] = 1.1;
    ptr[1] = 1.2;
    std::cout << ptr[0] << ", " << ptr[1] << std::endl;
    return 0;
}

此代码片段成功从字节缓冲区写入/读取数据，就好像它是 float 的数组一样。 。来自 reading about reinterpret_cast恐怕这可能是未定义的行为。我对理解类型别名细节的信心太小，无法确定。

代码片段是否如上所述未定义行为？如果是这样，是否有另一种方法来实现这种字节操作？

Answer 1

法律答复

不，这是不允许的。

C++ 不仅仅是“一堆字节”——编译器(更抽象地说，是语言)被告知你有一个 unsigned char 的容器。 s，不是 float 的容器s。否float它们确实存在，但你不能假装它们确实存在。

您要查找的规则(称为“严格别名”)可以在 [basic.lval]/8 下找到。 .

反之亦然，因为允许(通过同一段落中的特殊规则)通过 unsigned char* 检查任何类型的字节。 。但就您而言，“获取” float 的最快安全且正确的方法从生命开始为 unsigned char 的东西是std::memcpy或std::copy这些字节转换为实际的 float存在:

std::vector<unsigned char> bytes(2 * sizeof(float));
float f1, f2;

// Extracting values
std::memcpy(
   reinterpret_cast<unsigned char*>(&f1),
   bytes.data(),
   sizeof(float)
);

std::memcpy(
   reinterpret_cast<unsigned char*>(&f2),
   bytes.data() + sizeof(float),
   sizeof(float)
);

// Putting them back
f1 = 1.1;
f2 = 1.2;

std::memcpy(
   bytes.data(),
   reinterpret_cast<unsigned char*>(&f1),
   sizeof(float)
);

std::memcpy(
   bytes.data() + sizeof(float),
   reinterpret_cast<unsigned char*>(&f2),
   sizeof(float)
);

只要这些字节形成 float 的有效表示就可以了。在您的系统上。诚然，它看起来有点笨重，但快速的包装函数可以让它很快完成工作。

一个常见的替代方案，假设您只关心 float s 并且不需要可调整大小的缓冲区，就是产生一些 std::aligned_storage 然后在生成的缓冲区中进行一堆placement new。从 C++17 开始，您也可以使用 std::launder ，尽管在这种情况下调整 vector 大小(读取:重新分配其缓冲区)也是不可取的。

此外，这些方法非常复杂，并且会产生复杂的代码，并非所有读者都能理解。如果您可以清洗您的数据，使其"is"float 的序列s，你不妨把自己变成一个好人std::vector<float>首先。根据上述内容，允许获取和使用 unsigned char*如果您愿意的话，可以到该缓冲区。

应该指出的是，有很多代码使用了您原来的方法(特别是在具有准系统 C 传统的旧项目中)。在许多实现中，它似乎可以工作。但它是有效和/或安全的，这是一个常见的误解，如果您依赖它，您很容易接受“重新排序”(或其他优化)指令。

<小时/>

对冲投注答案

无论如何，如果您禁用严格别名(GCC 允许将其作为扩展，而 LLVM 甚至不实现它)，那么您可能可以摆脱原始代码。 Just be careful .