使用constexpr函数代替reinterpret_cast的替代方案

Question

下面是一个用于计算CRC32的constexpr字符串字面值。

我不得不将字符串字面值中的字符从char重新解释为unsigned char。因为在constexpr函数中不允许使用reinterpret_cast，所以解决方法是手动进行二进制补码转换，但我对此感到有些失望。

是否存在更优雅的解决方案来处理这种操作？

#include <iostream>

class Crc32Gen {
    uint32_t m_[256] {};

    static constexpr unsigned char reinterpret_cast_schar_to_uchar( char v ) {
        return v>=0 ? v : ~(v-1);
    }
public:
    // algorithm from http://create.stephan-brumme.com/crc32/#sarwate
    constexpr Crc32Gen() {
        constexpr uint32_t polynomial = 0xEDB88320;
        for (unsigned int i = 0; i <= 0xFF; i++) { 
            uint32_t crc = i; 
            for (unsigned int j = 0; j < 8; j++) 
                crc = (crc >> 1) ^ (-int(crc & 1) & polynomial);
            m_[i] = crc;
        }
    }

    constexpr uint32_t operator()( const char* data ) const { 
        uint32_t crc = ~0; 
        while (auto c = reinterpret_cast_schar_to_uchar(*data++))
            crc = (crc >> 8) ^ m_[(crc & 0xFF) ^ c];
        return ~crc; 
    } 
};
constexpr Crc32Gen const crc32Gen_;

int main() {
    constexpr auto const val = crc32Gen_( "The character code for É is greater than 127" );
    std::cout << std::hex << val << std::endl;
}

编辑：在这种情况下，static_cast<unsigned char>(*data++)就足够了。

- galop1n

Answer 1

标准不保证使用二进制补码；在第3.9.1款中：

7 - [...] 整型的表示必须使用纯二进制计数系统来定义值。[例子：这个国际标准允许使用2的补码、1的补码和有符号幅值表示整型。— 结束例子]

因此，任何假定使用两个补码的代码都必须手动执行相应的操作。

话虽如此，您的转换函数是不必要的（并且可能不正确）；对于有符号到无符号的转换，您可以直接使用标准整数转换（4.7）：

2 - 如果目标类型是无符号的，则结果值是源整数模除2ⁿ得到的最小无符号整数（其中n是用于表示无符号类型的位数）。[注意：在二进制补码表示中，此转换是概念性的，并且没有位模式的变化（如果没有截断）。— 结束注释]

使用static_cast进行更正的代码：

constexpr uint32_t operator()( const char* data ) const { 
    uint32_t crc = ~0; 
    while (auto c = static_cast<unsigned char>(*data++))
        crc = (crc >> 8) ^ m_[(crc & 0xFF) ^ c];
    return ~crc; 
} 

- ecatmur

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想了想，我可以将128添加到字符中，并安全地在m_中进行索引。 - galop1n

@galop1n，你可以直接从char转换为unsigned char - 参见上文。 - ecatmur

加上128这一操作假设了char是一个有符号的8位二进制补码类型，但是这些属性并未被标准所保证。 - Casey

@galop1n，但是CHAR_BIT可以大于8；它只需要至少为8（来自C语言5.2.4.2.1，在3.9.1p3中引用）。 - ecatmur

@galop1n：此外，无法确定char是有符号还是无符号的。在gcc中，实际上有一个标志来控制这个属性。如果您要添加128并且它最初是无符号的，则对于足够大的值，您将只会溢出（并包装）。 - Matthieu M.