在C++中将有符号整数当作无符号整数进行写操作

Question

reinterpret_cast对于这个问题是否安全，它是实现这个功能的最佳方式吗？

例如，在下面的代码中，我有一个名为ibytestream的类，它允许从中读取uint16_t和int16_t。 ibytestream::next是一个vector<unsigned char>::iterator。

inline ibytestream& operator>>(ibytestream& stream, uint16_t& data) {
    data = 0;
    data |= *stream.next++;
    data <<= 8;
    data |= *stream.next++;
    return stream;
}

inline ibytestream& operator>>(ibytestream& stream, int16_t& data) {
    return stream >> reinterpret_cast<uint16_t&>(data);
}

我不想复制转换字节为整数的代码，所以我在有符号版本中使用了 reinterpret_cast 来重用无符号版本的代码。它在我的机器上运行良好，但它会在其他现代机器上一般运行吗？

- Bernard

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这难道不会违反严格别名规则吗？https://dev59.com/43VD5IYBdhLWcg3wE3Ro - André

@Andre 这个规则允许在整数类型和它的有符号/无符号变体之间进行别名处理。 - M.M

Answer 1

是的，这是安全的。

确定这一点需要遵循标准的三个部分：

1. 有符号类型和无符号类型的对齐要求相同
2. 允许在具有相同对齐要求的类型之间进行指针转换
3. 当执行glvalues之间的转换时，如果对应指针之间的转换有效，则转换是有效的。

对于每种标准有符号整数类型，都存在一个相应的（但不同的）标准无符号整数类型：unsigned char、unsigned short int、unsigned int、unsigned long int 和 unsigned long long int，每种类型占用相同数量的存储空间并具有相同的对齐要求。

可以将对象指针显式转换为不同类型的对象指针。将类型为“指向T1的指针”的prvalue转换为类型为“指向T2的指针”（其中T1和T2均为对象类型且T2的对齐要求不严格于T1）并返回到其原始类型，可以得到原始指针值。

如果可以使用reinterpret_cast将类型为T1的表达式的指针显式转换为“指向T2的指针”，则可以将类型为T1的glvalue表达式转换为类型“引用T2”。结果指向与源glvalue相同的对象，但是具有指定的类型。

- Sergey Kalinichenko

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我认为你忽略了M.M在评论中提到的部分，即你可以通过相应的无符号类型表达式访问有符号整数对象。 - MSalters

Answer 2

是的，这应该完全没问题。（在整数和字节数组之间移动可能存在潜在的大小端问题，但这是另一个问题，适用于有符号和无符号数字。）

完全不同的事情：这一位：

data = 0;
data |= *stream.next++;

"...可以简化："

data = *stream.next++;

- Petter Hesselberg

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我认为我的代码不会有字节序问题。无论底层机器的字节序如何，字节始终会以大端方式读取。此外，我没有简化代码只是为了让它看起来一致（例如，在多行中重复使用 data |= *stream.next++;），我认为我的编译器足够聪明，可以进行优化。 - Bernard

只有在需要跨架构的可移植性时才会出现问题，而似乎您并不需要它。一切都好。 - Petter Hesselberg