char *和std :: uint8_t之间的reinterpret_cast * – 安全吗？
现在我们都有时需要使用二进制数据。 在C ++中，我们使用字节序列，并且从开始的char是我们的构build块。 定义为sizeof为1，它是字节。 所有的库I / O函数都默认使用char 。 一切都很好，但总是有一点担心，有点怪异的人，一些字节的位数是由实现定义的。
所以在C99中，决定引入几个typedef来让开发人员很容易expression自己的固定宽度的整数types。 可选，当然，因为我们从不想伤害可移植性。 其中， uint8_t作为std::uint8_t （一种固定宽度的8位无符号整数types）迁移到C ++ 11中，对于真正想要使用8位字节的人来说，是最佳select。
因此，开发人员接受了新的工具，并开始构build一些库，表示他们接受8位字节序列，如std::uint8_t* ， std::vector<std::uint8_t>或其他。
但是，也许有一个非常深刻的想法，标准化委员会决定不要求实施std::char_traits<std::uint8_t>因此禁止开发人员轻松地实例化std::basic_fstream<std::uint8_t>和轻松读取std::uint8_t s作为二进制数据。 或者，也许，我们中的一些人不关心一个字节的位数，并且对它感到满意。
但不幸的是，两个世界相互碰撞，有时你必须把数据作为char*传递给期望std::uint8_t*的库。 但是，等等，你说，不是charvariables位和std::uint8_t固定为8？ 会导致数据丢失吗？
那么这个呢有一个有趣的Standardese。 被定义为char字节和字节是最小的可寻址内存块，所以不能有比char小的位宽的types。 接下来，它被定义为能够保存UTF-8代码单元。 这给我们至less8位。 所以现在我们有一个typedef，它需要8位宽，至less8位宽的types。 但是有其他的select吗？ 是的， unsigned char 。 请记住， char签名是实现定义的。 任何其他types？ 谢天谢地，不。 所有其他整数types的要求范围不在8位。
最后， std::uint8_t是可选的，这意味着使用这种types的库如果没有定义就不会编译。 但是如果编译呢？ 我可以很有把握地说，这意味着我们在一个8位字节和CHAR_BIT == 8 。
一旦我们有了这个知识，我们有8位字节， std::uint8_t被实现为char或unsigned char ，我们可以假设我们可以从char*执行reinterpret_cast到std::uint8_t* ，反之亦然？ 它是否便携？
这是我的Standardese阅读技能使我失望的地方。 我读了安全派生的指针（ [basic.stc.dynamic.safety] ），据我所知，以下内容：
std::uint8_t* buffer = /* ... */ ; char* buffer2 = reinterpret_cast<char*>(buffer); std::uint8_t buffer3 = reinterpret_cast<std::uint8_t*>(buffer2);
如果我们不触碰buffer2是安全的。 如我错了请纠正我。
所以，有以下前提条件：
-
CHAR_BIT == 8 -
std::uint8_t被定义。
假设我们正在处理二进制数据，并且可能缺lesschar符号并不重要，那么是否可移植和安全地来回转换char*和std::uint8_t* ？
我将不胜感激参考标准与解释。
编辑：谢谢，杰里棺材。 我将添加来自标准（[basic.lval]，§3.10/ 10）的引用：
如果程序试图通过以下types之一的glvalue来访问对象的存储值，则行为是未定义的：
…
– 一个字符或无符号的字符types。
编辑2：好，更深入。 std::uint8_t不能保证是unsigned char的typedef。 它可以实现为扩展无符号整数types ，扩展无符号整数types不包含在§3.10/ 10中。 现在怎么办？
好吧，让我们真正的迂腐。 看完这个 ， 这个和这个 ，我非常有信心，我理解这两个标准背后的意图。
所以，从std::uint8_t*到char* reinterpret_cast ，然后解引用生成的指针是安全和可移植的 ，明确允许[basic.lval] 。
但是，从char*执行reinterpret_cast到std::uint8_t* ，然后取消引用结果指针违反了严格的别名规则 ，如果std::uint8_t作为扩展的无符号整数types实现，则是未定义的行为 。
但是，有两种可能的解决方法，第一种：
static_assert(std::is_same_v<std::uint8_t, unsigned char> || \ "This library requires std::uint8_t to be implemented as unsigned char.");
有了这个断言，你的代码将不会在平台上编译，否则会导致未定义的行为。
第二：
std::memcpy(uint8buffer, charbuffer, size);
Cppreference说std::memcpy以unsigned char数组的forms访问对象，所以它是安全的 ， 可移植的 。
重申一下，为了能够在char*和std::uint8_t*之间reinterpret_cast进行reinterpret_cast ，并且以100％符合标准的方式轻松和安全地处理结果指针，必须满足以下条件：
-
CHAR_BIT == 8。 -
std::uint8_t被定义。 -
std::uint8_t被实现为unsigned char。
实际上，上述情况在99％的平台上都是正确的，而前两种情况可能没有平台，而第三种情况是错误的。
如果uint8_t存在，本质上唯一的select就是它是unsigned char的一个typedef（或者如果它恰好是无符号的，则为char ）。 没有任何东西（而是一个位域）可以表示比char更less的存储空间，唯一可以小到8位的其他types就是bool 。 下一个最小的正常整数types是一个short ，必须至less16位。
因此，如果uint8_t存在，则只有两种可能性：要么将unsigned char为unsigned char ，要么将signed char为unsigned char 。
前者是身份转换，显然是安全的。 后者属于§10.10/ 10中作为char或unsigned char的序列访问任何其他types的“特殊处理”，所以它也给出了定义的行为。
既然包含了char和unsigned char ，那么一个chartypes的转换也会给出定义的行为。
编辑：至于卢克提到的扩展整数types，我不知道你怎么会设法应用它在这种情况下有所作为。 C ++指的是uint8_t等定义的C99标准，所以其余部分的引用来自C99。
§6.2.6.1/ 3指定unsigned char应该使用一个纯粹的二进制表示，没有填充位。 填充位仅在6.2.6.2/1中允许，它特别排除了unsigned char 。 然而，该部分详细描述了一个纯粹的二进制表示forms – 从字面上看就是这个位。 因此， unsigned char和uint8_t （如果存在的话）必须在位级相同地表示。
为了看到两者之间的差异，我们必须断言，当被视为一个特定的位时，会产生不同于当被视为另一个时的结果 – 尽pipe两者在位级别必须具有相同的表示。
更直接地说：两者之间结果的差异要求它们以不同的方式解释比特 – 尽pipe直接要求它们以相同的方式解释比特。
即使在纯粹的理论层面上，这似乎也难以实现。 在接近实际水平的任何事情上，显然是荒谬的。
几星期前我问了一个问题 ，其中包含了答案。
看看R.的答案 ，这就解释了uint8_t不需要和unsigned char具有相同的表示forms。
