C++ 重新解释char*和std:：uint8\u t*-安全之间的强制转换？

现在我们有时都要处理二进制数据。在C++中，我们使用字节序列，因为开始<代码> char 是我们的构建块。定义为

sizeof

为1，它是字节。默认情况下，所有库I/O函数都使用

char

。一切都很好，但总是有一个小问题，一个小奇怪的问题困扰着一些人-一个字节中的位数是由实现定义的

因此，在C99中，决定引入几个typedef，让开发人员轻松地表达自己，即固定宽度的整数类型。当然，这是可选的，因为我们从不想损害可移植性。其中，

uint8\u t

，作为

std:：uint8\u t

迁移到C++11，这是一种固定宽度的8位无符号整数类型，对于真正想使用8位字节的人来说是完美的选择

因此，开发人员接受了新工具，并开始构建库，明确表示他们接受8位字节序列，如

std:：uint8*

，

std:：vector

或其他

但是，也许经过深思熟虑，标准化委员会决定不要求实现

std:：char_traits

，因此禁止开发人员轻松、可移植地实例化，比如说，

std:：basic_fstream

，并将

std:：uint8_t

作为二进制数据轻松读取。或者，我们中的一些人不关心字节中的位数，并且对此感到满意

但不幸的是，两个世界发生了冲突，有时您必须将数据作为

char*

并将其传递给需要

std:：uint8*

的库。但是，等等，你说，

char

不是变量位吗？而且

std:：uint8\u t

不是固定为8吗？它会导致数据丢失吗

嗯，这方面有一个有趣的标准。定义为只保存一个字节的

char

，字节是内存中可寻址的最低块，因此不能存在位宽小于

char

的类型。接下来，它被定义为能够容纳UTF-8代码单元。这给了我们最小的-8位。现在我们有了一个typedef，它需要8位宽，还有一个至少8位宽的类型。但还有其他选择吗？是，

无符号字符

。请记住，

char

的签名是由实现定义的。还有其他类型的吗？谢天谢地，没有。所有其他的积分类型都需要8位以外的范围

最后，

std:：uint8\t

是可选的，这意味着使用此类型的库如果未定义，将不会编译。但如果它编译了呢？我可以非常自信地说，这意味着我们所处的平台具有8位字节和

CHAR\u bit==8

一旦我们知道我们有8位字节，

std:：uint8\u t

被实现为

char

或

unsigned char

，我们可以假设我们可以从

char*

重新解释

到
std:：uint8\u*
，反之亦然？它是便携式的吗

这就是我的标准阅读技能让我失望的地方。我阅读了有关安全派生指针的内容（
[basic.stc.dynamic.safety]
），据我所知，以下内容：

std::uint8_t* buffer = /* ... */ ;
char* buffer2 = reinterpret_cast<char*>(buffer);
std::uint8_t buffer3 = reinterpret_cast<std::uint8_t*>(buffer2);

std:：uint8_t*缓冲区=/*…*/；
char*buffer2=重新解释强制转换（buffer）；
std:：uint8\u t buffer3=重新解释强制转换（buffer2）；

如果我们不触摸缓冲区2，它是安全的。如果我错了，请纠正我

因此，考虑到以下先决条件：


CHAR\u位==8
定义了
std:：uint8\t

假设我们使用的是二进制数据，并且字符的潜在符号缺失无关紧要，那么来回转换
char*
和
std:：uint8\u t*
是否方便安全

如能参考本标准并加以解释，我将不胜感激

编辑：谢谢，杰瑞·科芬。我将添加标准（[basic.lval]，§3.10/10）中的引用：

如果程序试图通过glvalue访问对象的存储值，而不是
以下类型的行为未定义：


-字符或无符号字符类型

编辑2：好的，再深入一点
std:：uint8_t
不保证是
无符号字符的typedef
。它可以实现为扩展无符号整数类型，扩展无符号整数类型不包括在§3.10/10中。现在怎么办？
如果
uint8\u t
确实存在，那么本质上唯一的选择就是它是
无符号字符
的类型定义（或者
字符
，如果它恰好是无符号的）。没有任何东西（除了一个位字段）比
char
表示的存储量少，唯一一种可以小到8位的类型是
bool
。下一个最小的正常整数类型是
short
，它必须至少为16位

因此，如果存在
uint8\t
，那么实际上只有两种可能性：要么将
无符号字符
转换为
无符号字符
，要么将
有符号字符
转换为
无符号字符

前者是身份转换，所以显然是安全的。后者属于§3.10/10中为访问任何其他类型的字符序列或无符号字符而给出的“特殊豁免”，因此它也给出了定义的行为

由于它既包括
char
又包括
unsigned char
，因此将其作为char序列进行访问的转换也会给出定义的行为

编辑：就Luc提到的扩展整数类型而言，我不确定您如何在这种情况下应用它来获得差异。C++是C~（99）标准，定义为<代码> uTI8*T ，因此，其余的引文来自C99 .<
§6.2.6.1/3规定
无符号字符
应使用纯二进制表示
static_assert(std::is_same_v<std::uint8_t, char> ||
    std::is_same_v<std::uint8_t, unsigned char>,
    "This library requires std::uint8_t to be implemented as char or unsigned char.");

std::memcpy(uint8buffer, charbuffer, size);