读取现代 C++ 中可能未对齐的字段

Question

假设我有一个已知大小和偏移量的字段数据包，我想从中进行潜在的未对齐读取。在现代 C++ 中是否有比标准 memcpy 更符合人体工程学的方法来做到这一点？ （请参阅此片段以了解我试图重新创建的行为）

根据我对

std::bit_cast

的了解，它似乎是一个合理的候选者，也许在像this这样的片段中，但是（A）这使用了

reinterpret_cast

并且（B）我不确定它是否是定义的行为

bit_cast

来自未对齐的地址。

Answer 1

在现代 C++ 中，尤其是 C++20 及更高版本，有多种方法可以比使用

std::memcpy

更符合人体工程学地执行未对齐读取，特别是如果您想避免与对齐和直接指针操作相关的潜在陷阱。

1.使用

std::bit_cast

(C++20)

std::bit_cast

允许您将对象的二进制表示重新解释为另一种类型。但是，您是正确的，

std::bit_cast

要求指针与其要转换的类型正确对齐。因此，它通常不是未对齐读取的合适候选者。

2.使用

std::array

或自定义结构

您可以考虑定义与您的数据布局相匹配的自定义结构。可以提高可读性和可维护性：

#include <array>
#include <iostream>
#include <cstring>

struct MyData {
    int value;

    // Assume more fields here...
};

int main() {
    char buf[500];
    std::memset(buf, '\0', sizeof(buf));

    MyData data;
    std::memcpy(reinterpret_cast<char*>(&data), &buf[213], sizeof(data));

    std::cout << data.value << std::endl;
}

这种方法封装了您的数据并使您的代码保持简洁。但是，它仍然使用

std::memcpy

，因此可能无法满足您避免直接内存操作的需求。

3.安全访问未对齐的数据

如果您需要使用未对齐的数据并避免

memcpy

，您也可以使用联合类型：

#include <iostream>
#include <cstring>

union AlignedUnion {
    int intValue;
    char byteArray[sizeof(int)];
};

int main() {
    char buf[500];
    std::memset(buf, '\0', sizeof(buf));
    
    AlignedUnion unalignedData;
    std::memcpy(unalignedData.byteArray, &buf[213], sizeof(int));
    
    std::cout << unalignedData.intValue << std::endl;
}

4.使用

std::span

(C++20)

使用C++20，您还可以将

std::span

与复制功能结合使用。这是一个简单的例子：

#include <array>
#include <iostream>
#include <span>
#include <cstring>

int main() {
    char buf[500];
    std::memset(buf, '\0', sizeof(buf));
    
    int x;
    std::span<char> s(&buf[213], sizeof(int));
    std::memcpy(&x, s.data(), sizeof(int));
    
    std::cout << x << std::endl;
}

结论

虽然

std::memcpy

是一种常见且通常合适的解决方案，但处理未对齐的访问可能很棘手并且存在潜在危险。如果您选择这样做，请始终确保您的目标体系结构支持未对齐访问。上述方法旨在简化您的代码，同时保持安全性和清晰度。

如果您绝对需要未对齐读取，则可能需要坚持使用

std::memcpy

或其他类似功能，同时注意特定于目标环境的对齐约束。