内存顺序中的 std::array 和 std::tuple

Question

我正在测试一个小代码片段，我很惊讶 4 个字节的相同表示与放入 std::array 和 std::tuple 产生不同的内存布局

#include <iostream>
#include <tuple>
#include <array>

struct XYZW {
  uint32_t x;
  uint32_t y;
  //std::array<uint8_t,4> z;
  std::tuple<uint8_t, uint8_t, uint8_t, uint8_t> z;
  uint32_t w;
};


int main() {
  XYZW i;
  i.z = {255, 0, 0, 0};
  uint32_t z = (*reinterpret_cast<uint32_t*>(&i.z));
  std::cout << z << " \n";
}

对于元组，输出为： 4278190080 ，而对于数组，输出为： 255 。 这是预期的吗？

Answer 1

std::array具有标准指定的布局，但std::tuple没有，并且可以是实现想要的任何东西。

因此，预计它们可能会有所不同，但当然，它们也可能碰巧在某些编译器/版本/平台上选择了相同的布局 - 只是不能保证。

实际上，实现std::tuple的最简单方法之一是递归，因为它最初是在 Loki 库中完成的。 这将以相反的顺序布置字段（最基类，其子对象首先出现，是类型列表最后一个成员的叶）。 但这并不是唯一可能的实现，我观察到编译器/标准库实现之间的字段顺序不同。

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注意。 如评论中所述，您当前的诊断具有 UB - 但是，您可以安全地在reinterpret_cast<char*>(&i.z)处对 4 个字节进行reinterpret_cast<char*>(&i.z)并获得等效结果。

Answer 2

std::array 和 std::tuple 产生不同的内存布局

这是预期的吗？

是的，这种可能性是可以预料的，尽管不能保证。

更具体地说，数组元素的内存顺序是较低的索引位于较低的内存地址中。 元组元素的内存顺序未指定。 作为元组通常实现方式的副作用，逆内存顺序是典型的。

 uint32_t z = (*reinterpret_cast<uint32_t*>(&i.z));

这会导致未定义的行为。 元组不是（保证是）标准布局类型，因此您不能将它们别名为它们的第一个成员。