将字节数组转换为 POD

比方说，我有一个无符号字符数组，代表一堆 POD 对象（例如，从套接字或通过 mmap 读取）。它们代表哪些类型以及在什么位置是在运行时确定的，但我们假设每个类型都已经正确对齐。

将这些字节“转换”为相应 POD 类型的最佳方法是什么？

解决方案应该符合 c++ 标准（假设 >= c++11），或者至少保证可以与 g++ >= 4.9、clang++ >= 3.5 和 MSVC >= 2015U3 配合使用。编辑：在linux、windows上，在x86/x64或32/64位arm上运行。

理想情况下我想做这样的事情：

uint8_t buffer[100]; //filled e.g. from network

switch(buffer[0]) {
    case 0: process(*reinterpret_cast<Pod1*>(&buffer[4]); break;
    case 1: process(*reinterpret_cast<Pod2*>(&buffer[8+buffer[1]*4]); break;
    //...
}

or

switch(buffer[0]) {
    case 0: {
         auto* ptr = new(&buffer[4]) Pod1; 
         process(*ptr); 
    }break;
    case 1: {
         auto* ptr = new(&buffer[8+buffer[1]*4]) Pod2; 
         process(*ptr); 
    }break;
    //...
}

Both seem to work, but both are AFAIK undefined behavior in c++¹⁾. And just for completeness: I'm aware of the "usual" solution to just copy the stuff into an appropriate local variable:

 Pod1 tmp;
 std::copy_n(&buffer[4],sizeof(tmp), reinterpret_cast<uint8_t*>(&tmp));             
 process(tmp); 

在某些情况下，它可能没有开销，而在某些情况下，它甚至可能更快，但除了性能之外，我不再可以，例如就地修改数据，说实话：知道我在内存中的适当位置拥有正确的位但我就是无法使用它们，这让我很恼火。

我想出的一个有点疯狂的解决方案是：

template<class T>
T* inplace_cast(uint8_t* data) {
    //checks omitted for brevity
    T tmp;
    std::memmove((uint8_t*)&tmp, data, sizeof(tmp));
    auto ptr = new(data) T;
    std::memmove(ptr, (uint8_t*)&tmp,  sizeof(tmp));
    return ptr;

}

g++ 和 clang++ 似乎能够优化掉这些副本，但我认为这给优化器带来了很大的负担，并可能导致其他优化失败，不适用于const uint8_t*（虽然我不想实际修改它）并且看起来很糟糕（不认为你会得到过去的代码审查）。

¹⁾ The first one is UB because it breaks strict aliasing, the second one is probably UB (discussed here https://stackoverflow.com/questions/14659752/placement-new-and-uninitialized-pod-members) because the standard just says that the resulting object is not initialized and has indeterminate value (instead of guaranteeing that the underlying memory is untouched). I believe the first one's equivalent c-code is well defined, so compilers might allow this for compatibility with c-headers, but I'm unsure of this.

最正确的方法是创建所需 POD 类的（临时）变量，并使用memcpy()将数据从缓冲区复制到该变量中：

switch(buffer[0]) {
    case 0: {
        Pod1 var;
        std::memcpy(&var, &buffer[4], sizeof var);
        process(var);
        break;
    }
    case 1: {
        Pod2 var;
        std::memcpy(&var, &buffer[8 + buffer[1] * 4], sizeof var);
        process(var);
        break;
    }
    //...
}

这样做的主要原因是对齐问题：缓冲区中的数据可能无法正确对齐到您正在使用的 POD 类型。制作副本可以解决这个问题。即使网络缓冲区不再可用，它还允许您继续使用该变量。

只有当您绝对确定数据正确对齐时，您才能使用您提供的第一个解决方案。

（如果您从网络读取数据，则应始终首先检查数据是否有效，并且不会读取缓冲区之外的数据。例如&buffer[8 + buffer[1] * 4]，您应该检查该地址的开头加上 Pod2 的大小是否不超过缓冲区长度。幸运的是你正在使用uint8_t，否则你还必须检查buffer[1]不是负数。）