以相同方式对多字节本机类型进行字节操作

Question

在 C 中，我会毫不犹豫地编写以下内容：

uint32_t value = 0xDEADBEEF;
uint8_t *pValue = &value;

for (size_t i = 0; i < sizeof(value); i++)
{
    pValue[i] ^= 0xAA;
}

但在 C++17 中，我的代码扫描器面临两个限制

使用“std::byte”进行面向字节的内存访问。
用更安全的转换替换“reinterpret_cast”。

后者在我的 C 蜥蜴大脑不可避免地试图强制类型转换时生效。那么，我究竟如何以惯用的方式完成我想做的事情呢？在我的谷歌搜索中，我运行通过 memcpy 进出向量的数据，但这感觉很愚蠢。

Answer 1

reinterpret_cast 直观地声明您正在将指针类型转换为（别名安全的）不相关的指针类型，并强制要求没有运行时开销。（相比之下，C 转换在代码中很难被发现，有些会产生运行时成本）

std::byte 替换 char 及其别名，以表明您不是使用可打印字符或数学意义上的“整数” .它是一个任意的位集合 byte.

uint32_t value = 0xDEADBEEF;
std::byte *pValue = reinterpret_cast<std::byte*>(&value);

for (std::size_t i = 0; i < sizeof(value); i++)
{
    pValue[i] ^= std::byte{0xAA};
}

Answer 2

如 https://en.cppreference.com/w/cpp/language/

所述

Whenever an attempt is made to read or modify the stored value of an object of type DynamicType through a glvalue of type AliasedType, the behavior is undefined unless one of the following is true: ... AliasedType is std::byte (since C++17), char, or unsigned char: this permits examination of the object representation of any object as an array of bytes.

所以，reinterpret_cast 是一个 eldritch abomination，但无论你给它什么类型的指针都不会给你任何错误，除了这 3允许命名字节的方式。

因此，“更安全”的转换将是一个函数，专门只为您提供任意对象的字节数组视图，而不是公开 reinterpret_cast 并让审阅者检查所使用的类型是允许的，并且以惯用的方式使用。

与此同时，您需要编写一个老式的计数 for 循环和索引指针以获取每个元素。您也可以让“更安全”（更具体、更有针对性）功能来解决这个问题，方法是提供一个字节范围适当的结果，而不仅仅是指向开头的指针。

最简单的方法是使用std::span。
就在我的脑海里：

template <typename T>
auto raw_byte_view (T& original)
{
     constexpr auto sz = sizeof(T);
     auto& arr = reinterpret_cast<std::byte(&)[sz]>(&original);
     return std::span<std::byte,sz>(arr);
}

我没试过，但似乎要获得 span 的编译时大小版本，您必须提供数组引用，而不是单独的指针、长度参数。您可以将 reference 转换为数组，它包括大小作为类型的一部分。

讨论

返回 span 作为数组引用的包装器比尝试处理数组引用本身更好，因为很容易将数组 reference 错误处理为它必须作为参考。您可以使用指向 std::array 的指针来完成同样的事情，这与 C 数组不同，它像任何普通类型一样工作。但我们需要引用语义——返回的东西是对现有对象的引用，而不是要复制的东西。因此，最好使用表示这种间接的类型，而不是在基于值的类型之上堆叠另一个指针。

结束讨论

现在你可以写：

for (auto& x : raw_byte_view(value)) {
   x ^= std::byte{0xAA};
}

以相同方式对多字节本机类型进行字节操作

byte-wise operation on multibyte native types idomatically

c++

c++17

讨论

结束讨论