通过浮点指针操作字节向量

Question

是否可以通过其数据指针操作std::vector<unsigned char> ，就好像它是float的容器一样？

这是一个根据需要编译和（看似？）运行的示例（GCC 4.8，C++11）：

#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<unsigned char> bytes(2 * sizeof(float));
    auto ptr = reinterpret_cast<float *>(bytes.data());
    ptr[0] = 1.1;
    ptr[1] = 1.2;
    std::cout << ptr[0] << ", " << ptr[1] << std::endl;
    return 0;
}

这个片段成功地从字节缓冲区写入/读取数据，就好像它是一个float数组一样。 通过阅读有关 reinterpret_cast的信息，我担心这可能是未定义的行为。 我对理解类型别名细节的信心太小了，我无法确定。

代码片段是否如上所述未定义的行为？ 如果是这样，是否有另一种方法来实现这种字节操作？

Answer 1

法律答案

不，这是不允许的。

C++ 不仅仅是“字节负载”——编译器（以及更抽象的语言）被告知您有一个unsigned char容器，而不是float容器。 不存在float ，你不能假装他们存在。

您正在寻找的规则（称为严格别名）可以在[basic.lval]/8下找到。

相反会起作用，因为允许（通过同一段中的特殊规则）通过unsigned char*检查任何类型的字节。 但是在您的情况下，从以unsigned char开始生命的事物中“获取” float的最快安全和正确方法是将std::memcpy或std::copy这些字节复制到存在的实际float中：

std::vector<unsigned char> bytes(2 * sizeof(float));
float f1, f2;

// Extracting values
std::memcpy(
   reinterpret_cast<unsigned char*>(&f1),
   bytes.data(),
   sizeof(float)
);

std::memcpy(
   reinterpret_cast<unsigned char*>(&f2),
   bytes.data() + sizeof(float),
   sizeof(float)
);

// Putting them back
f1 = 1.1;
f2 = 1.2;

std::memcpy(
   bytes.data(),
   reinterpret_cast<unsigned char*>(&f1),
   sizeof(float)
);

std::memcpy(
   bytes.data() + sizeof(float),
   reinterpret_cast<unsigned char*>(&f2),
   sizeof(float)
);

只要这些字节在您的系统上形成有效的float表示，就可以了。 当然，它看起来有点笨拙，但是一个快速的包装器 function 将很快完成它。

假设您只关心float并且不需要可调整大小的缓冲区，一个常见的替代方法是生成一些std::aligned_storage然后在结果缓冲区中进行一堆新的放置。 由于 C++17，您可以选择使用std::launder ，尽管在这种情况下调整向量的大小（阅读：重新分配其缓冲区）也是不可取的。

此外，这些方法非常复杂，并且会导致并非所有读者都能理解的复杂代码。 如果您可以清洗您的数据，使其“是”一系列float ，那么您不妨首先让自己成为一个不错的std::vector<float> 。 根据上述内容，如果您愿意，可以在该缓冲区中获取和使用unsigned char* 。

应该注意的是，在野外有很多代码使用您的原始方法（特别是在具有准系统 C 遗产的旧项目中）。 在许多实现中，它似乎可以工作。 但一个常见的误解是它是有效的和/或安全的，如果你依赖它，你很容易指令“重新排序”（或其他优化）。

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对冲下注答案

对于它的价值，如果您禁用严格别名（GCC 允许将此作为扩展，而 LLVM 甚至没有实现它），那么您可能可以摆脱原始代码。 小心点。

Answer 2

是否可以通过它的数据指针来操作一个 std::vector，就好像它是一个浮点容器一样？

不完全的。 你的例子确实有UB。

但是，您可以重用这些字节的存储来在那里创建浮点数。 例子：

float* ptr = std::launder(reinterpret_cast<float*>(bytes.data()));
std::uninitialized_fill_n(ptr, 2, 0.0f);

在此之后， unsigned char 对象的生命周期已经结束，那里有浮点数。 使用ptr定义明确。

这对您是否有用是另一回事。 首先从更简单的设计开始：为什么不简单地使用std::vector<float> ？