reinterpret_cast<char *> 是唯一合法的 reinterpret_cast 使用方式吗？

Question

我最近了解到C++标准包含“严格别名规则”，禁止通过不同类型的变量引用相同的内存位置。

但是，该标准允许char类型合法地别名任何其他类型。这是否意味着reinterpret_cast只能合法地用于将类型转换为char *或char &？

我认为严格别名允许在继承层次结构中的类型之间进行转换，但我认为这些情况通常会使用dynamic_cast<>？

谢谢

- digitale

Answer 1

有许多不同的用途可以使用 reinterpret_cast。在cppreference页面上列出了11种不同的情况。

我猜你只是询问第5和第6种情况：将T *转换为U *，以及将T转换为U &。

在这些情况下，只要没有对齐违规，转换就是合法的。如果您通过结果表达式读取或写入内容，则会出现严格别名问题。

您在第一段中对严格别名规则的总结过于简单化，在一般情况下，U有几种合法类型。同样的cppreference页面提供了一个情况列表；您可以在C++标准草案中阅读规则的确切文本。

- M.M

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重新解释却无法利用不同的解释有什么用处呢？ - Noein

@noein，这个问题对于评论来说太宽泛了。也许你可以发一个新的问题。 - M.M

@M.M：你能否举个例子说明为什么读取也会违反/UB。如果我们有一个只读缓冲区，我们根据二进制格式（int、float、bit）使用reinterpret_cast，那么即使存储缓冲区是只读的，这仍然不允许吗？ - user179156

@user179156，我回答中提供的cppreference链接在“类型别名”部分解释了严格别名规则。这适用于读写操作。 - M.M

@M.M：谢谢，是的，我理解它也涉及到读取，但我不明白其原理，请问您能否提供任何代码片段或示例，说明何时会出错/未定义？ - user179156

Answer 2

还有其他有用的reinterpret_cast用法。

指针转整数类型

是的，有时候想要将指针的值存储在整数类型中。

使用C++风格的转换唯一的方法是使用reinterpret_cast。

例如：

auto pointerValue = reinterpret_cast<std::uintptr_t>(pointer);

将对象存储在原始内存块中

有时，您想要将数据存储在堆栈上，但稍后初始化。使用动态分配和指针不能使用堆栈。std::aligned_storage作为原始的对齐内存块非常出色。

struct MyStruct {
    int n;
    std::string s;
};

// allocated on automatic storage
std::aligned_storage<sizeof(MyStruct), alignof(MyStruct)>::type storage;

// actually initialize the object
new (&storage) MyStruct;

// using the object
reinterpret_cast<MyStruct*>(&storage)->n = 42;

我相信还有很多其他用途我不知道，但这些是我已经使用过的。

- Guillaume Racicot

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注意：也可以先形成指针，例如 auto *p = reinterpret_cast<MyStruct *>(&storage); new(&storage) MyStruct; p->n = 42;。 - M.M

@M.M 或者，你可以使用 auto* p = new(&storage) MyStruct; 来避免强制转换。 - T.C.

@T.C. 好的，这个的目的是为了说明reinterpret_cast的合法用途。 - M.M

Answer 3

您可以使用reinterpret_cast将指针类型转换为整数类型：

char* ptr = /* ... */
uintptr_t ptrInt = reinterpret_cast<uintptr_t>(ptr);

你获得的特定整数值在不同平台上可能不具备可移植性，但这是一种安全且定义清晰的操作。

- templatetypedef