如何将/剪切 uint256_t 转换为 uint8_t[]？

Question

我有一个库使用 uint256_t 表示哈希值，另一个库使用 uint8_t 数组表示。

我猜应该有一种方法可以将 uint256_t 剪切/转换成 uint8_t[32]。

但是，我还没有找到简单的转换方法。

- raycons

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假设大小端不是问题，reinterpret_cast<uint8_t*>(&value) 应该就足够了。 - HolyBlackCat

@HolyBlackCat 这是未定义行为。我建议使用std::memcpy代替。 - Resurrection

@Resurrection 如果 uint8_t 是一个 char 类型定义，那么它就不是 UB。可以通过 static_assert 来验证这一点。然而，确实 std::bit_cast<>() 或者在 C++20 之前的 std::memcpy() 版本通常是明确定义且更可取的 - 并且应该被优化为相同的代码。 - underscore_d

@Evg 坦白说，它不是 unsigned char typedef 的可能性几乎为零。如果失败了，你就去修复代码。 - HolyBlackCat

@Evg 那就换个方式做呗？我只是提到在进行 reinterpret_cast 操作之前如何确保其有效性。但我更希望不要用这种方式来实现，正如我之前已经说过的那样。 - underscore_d

Answer 1

使用memcpy。

你有两种不相关的类型，但你知道哈希的二进制表示对于两者都是相同的。在两种类型之间进行转换的最安全方式是通过memcpy。

uint256_t source_hash;
// compute source_hash
// [...]

uint8_t dest_hash[32];
std::memcpy(dest_hash, &source_hash, 32);

请注意，这仅在二进制表示确实相同的情况下才有效。例如，如果库A以大端方式存储哈希值，而库B以小端方式存储，则需要进行更复杂的转换。虽然在哈希的情况下，二进制表示很可能是相同的，但在编写基于memcpy的转换之前，请务必仔细检查。

C ++20添加了std::bit_cast，也可以用于此类转换，并且很可能会生成与基于调用memcpy的解决方案完全相同的机器代码。如果您的编译器已经支持此功能，则可以选择bit_cast，因为它在语法上类似于内置的C ++转换。

- ComicSansMS

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从C++20开始，可以使用std::bit_cast<>()更好地表达相同的逻辑。 - underscore_d

@underscore_d 关于 bit_cast 的观点很好。我会把它加入到答案中。谢谢！ - ComicSansMS

我该如何使用memcpy进行此转换？你能给我一个例子吗？ - raycons

@underscore_d std::bit_cast 不能用于将数据转换为数组，因为数组不能作为函数的返回类型。 - eerorika

@eerorika 好的，那么 OP 可以使用 std::array，这个容器还有很多其他好处。 - underscore_d

Answer 2

在C++20中，我们将拥有std::bit_cast(https://en.cppreference.com/w/cpp/numeric/bit_cast)。在此之前，标准和定义的方法是使用std::memcpy：

uint256_t msg = 1040449494439944;
uint8_t hash[32] = {};
std::memcpy(hash, &msg, sizeof(msg));

深入解释为什么在这种情况下调用reinterpret_cast的是不好的，由Jason Turner提供。

- Resurrection

Answer 3

我刚刚尝试了以下内容，似乎运行良好。但是，我不确定可能产生的影响。

uint256_t msg = 1040449494439944;
uint8_t* hash =  (uint8_t*) &msg;
cout << sizeof(hash) << endl;

- raycons

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只有将其他对象重新解释为[无符号]字符才是合法的，而uint8_t不能保证是char类型，尽管在实践中通常是这种情况。 - underscore_d

在C++代码中，请避免使用旧的C风格转换，而是根据上下文使用正确的转换方式，例如（如果必要且您知道它是有效的）使用reinterpret_cast<uint8_t*>。 - underscore_d