c++ - 什么时候使用 reinterpret_cast 而不违反严格的别名规则？

Question

很长一段时间我都这样使用reinterpret_cast:

static_assert(sizeof(int) == sizeof(float));
int a = 1;
float b = *reinterpret_cast<float*>(&a); // viewed as float in binary.

然而，当我最近回顾 C++ 中的类型转换时，我发现它在考虑严格别名规则 时是 UB!可以优化将不同类型(或确切地说，非相似类型)的指针取消引用到初始数据。 (我知道 C++20 中的 std::bit_cast 是另一种方法。)

在我看来，reinterpret_cast主要是用来做指针类型转换的。尽管如此，考虑到取消引用被禁止，我如何使用另一种类型的指针？

我浏览过when to use reinterpret_cast ，下面引用了一个答案:

One case when reinterpret_cast is necessary is when interfacing with opaque data types. This occurs frequently in vendor APIs over which the programmer has no control. Here's a contrived example where a vendor provides an API for storing and retrieving arbitrary global data.

但是当涉及到这些 API 的实现时，如果要在那里使用数据，则很难避免取消引用指针。

似乎只有转换为另一种指针类型并返回初始指针类型是合理的(但这有什么意义？为什么不使用初始类型或直接定义模板？)。所以我的问题是:何时使用 reinterpret_cast 而不违反该规则？有什么通用的用法吗？

我真的是 C++ 的新手，所以任何建议将不胜感激。

Answer 1

当您在代码中使用 reinterpret_cast 时，您是在告诉编译器:“我知道我在做什么 – 只需实现转换并相信我，结果会好的以使用。” 然后，编译器将使用该转换的结果，就像使用指定目标类型的任何其他对象一样。

因此，如果您知道特定值是实际float 数据类型的地址，那么您可以安全地转换(比方说)intptr_t 值到 float* 并取消引用结果指针。

reinterprt_cast 的这种用法的常见情况发生在 Windows (WinAPI) 编程中:Windows 消息的 LPARAM 通常用于指向特定类型的数据结构。以下是 WM_NOTIFY 消息处理程序的“伪示例”:

BOOL OnNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam, LRESULT *pResult)
{
    NMHDR *pHdr = reinterpret_cast<NMHDR *>(lParam);
    switch (pHdr->code) {
        // ... do some stuff with the data in the referenced NMHDR structure
    }
    //...
    *pResult = 0;
    return TRUE;
}

在这种情况下，Windows 框架已“ promise ”接收到的lParam 参数将 是NMHDR 结构的地址，因此 Actor 是安全的。 (请注意，其他 C++ 强制转换不适用于此类转换:只有 reinterpret_cast 或“C-Style”强制转换可以将整数类型转换为指针。)

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但是，对于所谓的 type punning，使用任何类型的转换(reinterpret_cast 或 C 风格，尤其如此)从来都不是一个好主意，因为您在问题中提到了严格的别名规则。将位(“原样”)从 int 复制到 float(假设这些类型的大小相同，并且您无权访问C++20 std::bit_cast), 你应该使用 std::memcpy ，而不是取消引用别名指针。