在C++20中键入-pun uint64_t作为两个uint32_t [英] Type-pun uint64_t as two uint32_t in C++20

问题描述

此代码将auint64_t读取为Twouint32_t是由于严格的别名规则：

uint64_t v;
uint32_t lower = reinterpret_cast<uint32_t*>(&v)[0];
uint32_t upper = reinterpret_cast<uint32_t*>(&v)[1];

同样，写入uint64_t的上半部分和下半部分的代码是UB的，原因相同：

uint64_t v;
uint32_t* lower = reinterpret_cast<uint32_t*>(&v);
uint32_t* upper = reinterpret_cast<uint32_t*>(&v) + 1;

*lower = 1;
*upper = 1;

如何在现代C++20中使用std::bit_cast以安全干净的方式编写此代码？

推荐答案

使用std::bit_cast：

Try it online!

#include <bit>
#include <array>
#include <cstdint>
#include <iostream>

int main() {
    uint64_t x = 0x12345678'87654321ULL;
    // Convert one u64 -> two u32
    auto v = std::bit_cast<std::array<uint32_t, 2>>(x);
    std::cout << std::hex << v[0] << " " << v[1] << std::endl;
    // Convert two u32 -> one u64
    auto y = std::bit_cast<uint64_t>(v);
    std::cout << std::hex << y << std::endl;
}

输出：

87654321 12345678
1234567887654321

---

std::bit_cast仅在C++20中提供，在C++20之前，您可以通过std::memcpy手动实现std::bit_cast，但这种实现与constexpr不同于C++20变体：

template <class To, class From>
inline To bit_cast(From const & src) noexcept {
    //return std::bit_cast<To>(src);
    static_assert(std::is_trivially_constructible_v<To>,
        "Destination type should be trivially constructible");
    To dst;
    std::memcpy(&dst, &src, sizeof(To));
    return dst;
}

---

对于这种特定的整数情况，最理想的方法是进行位移位/或算术运算，将一个u64转换为两个u32，然后再转换回来。std::bit_cast更通用，支持任何简单的可构造类型，尽管std：：bit_cast解决方案应该与现代编译器上的位运算一样优化，具有高优化水平。

与std::bit_cast不同，位运算的一个额外好处是它可以正确地处理字符顺序，它是独立于字符顺序的。

Try it online!

#include <cstdint>
#include <iostream>

int main() {
    uint64_t x = 0x12345678'87654321ULL;
    // Convert one u64 -> two u32
    uint32_t lo = uint32_t(x), hi = uint32_t(x >> 32);
    std::cout << std::hex << lo << " " << hi << std::endl;
    // Convert two u32 -> one u64
    uint64_t y = (uint64_t(hi) << 32) | lo;
    std::cout << std::hex << y << std::endl;
}

输出：

87654321 12345678
123456788765432

注意！as@Jarod42points out，位移解不等同于memcpy/bit_cast解，它们的等价性取决于字符顺序。在小端CPUmemcpy/bit_cast上，v[0]中的最低有效位(Lo)为数组元素v[0]，最高有效位(Hi)为v[1]，而在大端端CPUv[1]上，最低有效位(Lo)为v[1]，最高有效位为v[0]。而位移位解决方案与字节顺序无关，在所有系统上，最高有效位(Hi)为uint32_t(num_64 >> 32)，最低有效位(Lo)为uint32_t(num_64)。

这篇关于在C++20中键入-pun uint64_t作为两个uint32_t的文章就介绍到这了，希望我们推荐的答案对大家有所帮助，也希望大家多多支持IT屋！