在具有兼容布局的 std：：vector 底层缓冲区上使用 std：：bit

问：

我需要使用 C++ 库中不同类型实体的整数标识符包装 C 库。我希望通过我的库同时实现类型安全性和效率（理想情况下是零开销）。

本机 C 库具有类似于以下内容的功能：

int ps_get_bodies_bounds(int const* bodies, int size, ...);
int ps_get_faces_bounds(int const* faces, int size, ...);

正如你所看到的，s到处都被用来表示各种实体。int

在我的 C++ 库中，我想使用类型系统来表达这些不同的实体：

class Body
{
   public:

      constexpr Body() noexcept
      {
         // enforce at compile time that this class
         // must be just a strongly typed integer
         static_assert(sizeof(Body) == sizeof(int));
      }

      // ... public API ...

   private:
      int m_tag{ 0 };
};

class Face
{
   // similar to what has been done for 'Body'
};

C++包装器的目标之一是客户端可以使用连续的内存容器，例如存储实体并对其进行操作：std::vector

wrapper::Bounds wrapper::get_bounds(std::vector<Body> const& bodies);
wrapper::Bounds wrapper::get_bounds(std::vector<Face> const& faces);

包装器当然应该调用底层 C 函数，理想情况下，出于效率原因，我希望能够直接传递向量持有的内存：

wrapper::Bounds wrapper::get_bounds(std::vector<Body> const& bodies)
{
   // ...

   // OF COURSE, DOES NOT COMPILE
   auto err = ps_get_bodies_bounds(bodies.data(), static_cast<int>(bodies.size()), ...);

   // ...
}

以这种方式编写，代码当然不会编译，因为返回的是类型而不是.bodies.data()Body const*int const*

在这种情况下，它是否是一种定义明确的行为/安全/可移植？std::bit_cast

ps_get_bodies_bounds(std::bit_cast<int const*>bodies.data(), ...);

如果是，它甚至适用于像？std::span<Body>

请注意，我在编译时强制、等的大小......匹配 .BodyFaceint

我已经在带有 GCC、Clang 和 MSVC 的编译器资源管理器上尝试了这种方法，它似乎有效（代码比我在这里解释的要复杂一些，但核心概念是相同的）。我不确定它是否是 UB 的有效使用。这是 Godbolt 的链接：https://godbolt.org/z/44GWc7PYs。std::bit_cast

提前感谢您的帮助。

C++ 包装器

不可以，不能用于从一种指针类型强制转换为另一种指针类型，并期望最终得到有效的指针。如果我理解正确，您想要的是将 s 数组重新解释为 s 数组。据我所知，根据 C++ 标准，这始终是未定义的行为。但是，在实践中，您应该可以使用简单的，特别是如果 C 代码与 C++ 代码分开编译。如果任何现有的编译器对此做了一些有趣的事情，我会感到惊讶，只是标准没有提供任何保证。bit_castBodyintreinterpret_cast<int const*>(bodies.data())

3赞 chrysante 10/25/2023

C++23 提供了 start_lifetime_as 和 start_lifetime_as_array 函数，这将明确支持重新解释强制转换的使用。如果您使用 C++23 或计划迁移，则可以使用它。

0赞 Pepijn Kramer 10/25/2023

@chrysante 虽然正式地说这是UB，但我同意你的评估。如果它适用于您的编译器，请编写编译时测试（已完成）和单元测试，以便稍后快速捕获（编译器）行为的任何更改。

0赞 Pepijn Kramer 10/25/2023

另一种选择是不让 Body 直接成为 int。但是要给 body 一个静态的 std：：vector<int> 作为 body 类的成员，并且每个 body 实例都引用这个向量中的索引。它可以对此进行操作。

1赞 Davis Herring 10/26/2023

@chrysante：请注意，在让它们摧毁它们之前，您必须将它们恢复到原始类型。vector

答： 暂无答案

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在具有兼容布局的 std：：vector 底层缓冲区上使用 std：：bit_cast

Using std::bit_cast on a std::vector underlying buffer with compatible layout

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