句柄的可移植位域

Question

我想使用 "Handles" 数据并将其存储在对象缓冲区中以减少分配开销。句柄只是包含对象的数组的索引。但是我需要检测 use-after-reallocations，因为这很容易滑入。常见的方法似乎是使用位域。然而，这会导致 2 个问题：

位字段是实现定义的
位移位不可跨 big/little endian 机器移植。

我需要的：

存储文件句柄（文件处理程序可以管理整数类型（字节交换）或字节数组）
在句柄中存储 2 个最小值 space

我得到的：

template<class T_HandleDef, typename T_Storage = uint32_t>
struct Handle
{
    typedef T_HandleDef HandleDef;
    typedef T_Storage Storage;

    Handle(): handle_(0){}
private:
    const T_Storage handle_;
};

template<unsigned T_numIndexBits = 16, typename T_Tag = void>
struct HandleDef{
    static const unsigned numIndexBits = T_numIndexBits;
};

template<class T_Handle>
struct HandleAccessor{
    typedef typename T_Handle::Storage Storage;
    typedef typename T_Handle::HandleDef HandleDef;

    static const unsigned numIndexBits = HandleDef::numIndexBits;
    static const unsigned numMagicBits = sizeof(Storage) * 8 - numIndexBits;

    /// "Magic" struct that splits the handle into values
    union HandleData{
        struct
        {
            Storage index : numIndexBits;
            Storage magic : numMagicBits;
        };
        T_Handle handle;
    };
};

用法例如：

typedef Handle<HandleDef<24> > FooHandle;
FooHandle Create(unsigned idx, unsigned m){
    HandleAccessor<FooHandle>::HandleData data;
    data.idx = idx;
    data.magic = m;
    return data.handle;
}

我的目标是使句柄尽可能不透明，添加布尔检查，但仅此而已。句柄的用户除了传递它之外不能对它做任何事情。

所以问题我运行变成了：

Union 是 UB -> 将其 T_Handle 替换为 Storage 并添加一个 ctor 到 Handle from Storage
编译器是如何布局位域的？我填满了整个 union/type 所以应该没有填充。所以可能唯一不同的是哪种类型首先取决于字节顺序，对吗？
如何将 handle_ 存储到一个文件并从可能不同的字节序机器加载它并且仍然使 index 和 magic 正确？我想我可以存储包含 Storage 'endian-correct' 并获得正确的值，IF 两个成员恰好占据了 space 的一半（一个 uint 中的 2 个短裤) 但我总是想要更多 space 的索引而不是魔法值。

注意：已经有关于位域和联合的问题。摘要：

位域可能有意外的填充（这里不可能，因为整个类型都被占用）
"members" 的顺序取决于编译器（这里只有 2 种可能的方式，应该保存以假设顺序完全取决于字节序，所以这可能对这里有帮助，也可能没有帮助）
可以通过手动移位（或例如包装器 http://blog.codef00.com/2014/12/06/portable-bitfields-using-c11/）实现位的特定二进制布局 -> 这里不是答案。我还需要值 IN 位域的特定布局。所以我不确定我得到了什么，例如创建一个句柄作为 handle = (magic << numIndexBits) | index 和 save/load 作为二进制（无字节顺序转换）缺少用于测试的 BigEndian 机器。

注意：没有 C++11，但允许 boost。

Answer 1

答案非常简单（基于另一个问题，我忘记了 link 和@Jeremy Friesner 的评论）：

因为 "numbers" 在 C++ 中已经是一种抽象，当变量在 CPU 寄存器中时（当它用于任何计算时，可以确保始终具有相同的位表示） C++ 中的位移位也是以与字节序无关的方式定义的。这意味着 x << 1 总是等于 x * 2（因此是大端）只有在保存到文件时，send/recv 通过网络或从内存中以不同方式访问它（例如通过指针...）

这里不能使用 C++ 位域，因为不能 100% 确定 "entries" 的顺序。位域容器可能没问题，如果它们允许以 "number".

的形式访问数据

Savest（仍然）使用移位，在这种情况下非常简单（只有 2 个值）在 storing/serialization 期间，数字必须以字节序不可知的方式存储。

句柄的可移植位域

Portable bit fields for Handles

c++

portability

endianness

unions

bit-fields