改变类型而不改变位

Question

我想将堆栈变量 reinterpret cast 转换为相同字节大小的无符号整数类型。例如，我可能想获取 double 值并将其转换为 uint64_t，但要注意这些位未被修改。我想以一种通用的方式来做。

如果我要处理指针，我会使用 reinterpret_cast<uint64_t*>(double_ptr)。

我想出了一个解决方案，它在 reinterpret_cast 上使用了一个肮脏的 hack，并且很有效，但是它需要大量的元编程才能获得相当简单的结果。

问题：有更好的方法吗？我确信有，而且我正在使它变得比需要的更复杂。

我确实考虑过使用 T 类型和适当大小 int_t 的模板化联合，但这似乎更加骇人听闻，并且似乎在玩未定义的行为。

edit 我知道标准没有指定 double 应该是 64 位，正如评论中指出的那样。但是通过通用方法，我将能够获得与 double 大小相同的无符号整数类型，无论它有多大。

#include <iostream>

template <typename T, std::size_t S>
struct helper {};

template <typename T>
struct helper<T, 1> {
    using type = uint8_t;
};
template <typename T>
struct helper<T, 2> {
    using type = uint16_t;
};
template <typename T>
struct helper<T, 4> {
    using type = uint32_t;
};
template <typename T>
struct helper<T, 8> {
    using type = uint64_t;
};

template <typename T>
using int_type = typename helper<T, sizeof(T)>::type;

template <typename T>
int_type<T> caster(T value) {
    int_type<T> v;
    *reinterpret_cast<T*>(&v) = value;
    return v;
}

int main(void) {
    {
    auto val = caster(0.);
    static_assert(std::is_same<uint64_t, decltype(val)>::value, "no good");
    std::cout << sizeof(val)*8 << " " << val << std::endl;
    }

    {
    auto val = caster(0.f);
    static_assert(std::is_same<uint32_t, decltype(val)>::value, "no good");
    std::cout << sizeof(val)*8 << " " << val << std::endl;
    }

    {
    auto val = caster(-0.);
    static_assert(std::is_same<uint64_t, decltype(val)>::value, "no good");
    std::cout << sizeof(val)*8 << " " << val << std::endl;
    }

    {
    auto val = caster(-0.f);
    static_assert(std::is_same<uint32_t, decltype(val)>::value, "no good");
    std::cout << sizeof(val)*8 << " " << val << std::endl;
    }

    return 0;
}

用 gcc 编译上面的代码得到：

> g++ --version
g++ (GCC) 4.8.2 20131016 (Cray Inc.)

> g++ -std=c++11 test.cpp && ./a.out
64 0
32 0
64 9223372036854775808
32 2147483648

Answer 1

在 std::conditional_t 和 std::enable_if_t 之间我相信您可以将所有 helper 和 int_type 定义压缩到一个自给自足的 caster 函数中：

template <typename T>
auto caster(T value){return reinterpret_cast<std::conditional_t<sizeof(T) == sizeof(uint8_t),
                                                                uint8_t,
                                                                conditional_t<sizeof(T) == sizeof(uint16_t),
                                                                              uint16_t,
                                                                              conditional_t<sizeof(T) == sizeof(uint32_t),
                                                                                            uint32_t,
                                                                                            enable_if_t<sizeof(T) == sizeof(uint64_t),
                                                                                                        uint64_t>>>>&>(value);}

我已经验证这适用于 gcc 4.9.2 和 Visual Studio 2015，如果你只有 C++11 支持，尽管你仍然可以把它变成一个自给自足的 caster 函数：

template <typename T>
typename std::conditional<sizeof(T) == sizeof(uint8_t),
                          uint8_t,
                          typename conditional<sizeof(T) == sizeof(uint16_t),
                                               uint16_t,
                                               typename conditional<sizeof(T) == sizeof(uint32_t),
                                                                    uint32_t,
                                                                    typename enable_if<sizeof(T) == sizeof(uint64_t),
                                                                                       uint64_t>::type>::type>::type>::type caster(T value){return reinterpret_cast<decltype(caster(value))&>(value);}

这将选择与您传递给它的类型具有相同 sizeof 的 uint* 并使用它。

我有一个 std::enable_if over here 的解释，可能对你有帮助。

显然这仅适用于大小为 8、16、32 或 64 位的类型，但如果您想扩展它以处理其他内容，只需添加另一个 conditional_t！

如果您只要传递 8、16、32 或 64 位类型，您可以在模板中减少保护：

template <typename T>
auto caster(T value){return reinterpret_cast<std::tuple_element_t<size_t(log2(sizeof(T))), std::tuple<uint8_t,
                                                                                                      uint16_t,
                                                                                                      uint32_t,
                                                                                                      uint64_t>>&>(value);}

这适用于 C++14，C++11 等价物是：

template <typename T>
typename std::tuple_element<size_t(log2(sizeof(T))), std::tuple<uint8_t,
                                                                uint16_t,
                                                                uint32_t,
                                                                uint64_t>>::type caster(T value){return reinterpret_cast<decltype(caster(value))&>(value);}

这比 conditional_t/enable_if_t 模板更宽松，因为我索引 std::tupple 的方式。 size_t 是整数类型，因此任何小于 128 位 的任何大小的类型都将 转换为有效的 std::tuple 索引。因此，例如，3 位大小的 struct 将被转换为 uint16_t，而预期的结果可能是编译失败。

Answer 2

如果您不希望由于违反别名限制 (C++11 3.10/10) 而出现未定义的行为，那么您需要以字符形式访问对象表示：

template <typename T>
int_type<T> caster(const T& value) {
    int_type<T> v;
    static_assert(sizeof(value) == sizeof(v), "");
    std::copy_n(reinterpret_cast<const char*>(&value),
                sizeof(T),
                reinterpret_cast<char*>(&v));
    return v;
}

高质量的编译器会优化复制。例如，这个程序：

int main() {
    return caster(3.14f);
}

effectively optimizes to return 1078523331; on Intel processors.

改变类型而不改变位

Changing type without changing bits

c++

types

casting

c++11