c++ - 如何以 "union-like"的方式更改 C++ vector 的数据类型

Question

我想知道在 C++ 中是否可以更改已填充值的 std::vector 的类型，就像 union 的工作方式一样，即:

• 不更改二进制内容的任何一位
• 不计算任何类型转换(无数学运算)
• 只是使用新类型(例如 uint16 或 float32)重新解释二进制数据的内容，没有任何内存复制或重新分配(因为我想使用几 GB 大小的 vector )

例如，我有一个填充了 20 个值的 vector :0x00、0x01、0x02、0x03 ...我想将其重新解释为 10 个值的 vector ，具有相同的整体二进制内容:0x0001、0x0203(取决于小端/大端约定)

我能做的最接近的事情是:

vector<uint8_t> test8(20);
uint16_t* pv16 = (uint16_t*) (&test8[0]);
vector<uint16_t> test16(pv16, pv16+10);

结果正是我想要的，只是它复制了整个数据，而我想使用现有数据。

如果您对此主题有任何帮助，我将不胜感激。

非常感谢您的回答。

Answer 1

您可能不需要一个完整的 vector ，只需要一些行为类似于容器的东西。您可以创建自己的 punned_view，它仅引用现有 vector 中的内存。

另请阅读 C++ 中的类型双关和未定义行为，因为这是一个非常微妙的主题。请参阅https://blog.regehr.org/archives/959

#include <type_traits>
#include <cstring>
#include <cstdint>
#include <vector>

template <typename To>
class punned_view
{
    static_assert(std::is_trivial<To>::value);
    const char* begin_;
    const char* end_;
public:
    template <typename From>
    punned_view(From* begin, From* end)
        : begin_{reinterpret_cast<const char*>(begin)}
        , end_{reinterpret_cast<const char*>(end)}
    {
        static_assert(sizeof(To) >= sizeof(From)); // exercise to make it work with smaller types too
        static_assert(std::is_trivial<From>::value);
        // add checks that size is a multiple of To here
    }

    std::size_t size() const noexcept
    {
        return (end_ - begin_) / sizeof(To);
    }

    class const_iterator
    {
        const char* current_;
    public:
        const_iterator(const char* current)
            : current_{current}
        { }

        const_iterator& operator++() noexcept
        {
            current_ += sizeof(To);
            return *this;
        }
        To operator*() const noexcept
        { 
            To result;
            // only legal way to type pun in C++
            std::memcpy(&result, current_, sizeof(result));
            return result;
        }
        bool operator != (const_iterator other) const noexcept
        {
            return current_ != other.current_;
        }
    };

    const_iterator begin() const noexcept { return {begin_}; }
    const_iterator end() const noexcept { return {end_}; }
};

uint16_t sum_example(const std::vector<uint8_t>& vec)
{
    punned_view<uint16_t> view{vec.data(), vec.data() + vec.size()};

    uint16_t sum = 0;
    for (uint16_t v : view)
        sum += v;

    return sum;
}