恢复通过网络发送的结构

Question

我的同事想通过网络发送一些由 T 类型表示的数据。他通过将 T 转换为 char* 并使用带有套接字的 write(2) 调用发送它来实现传统方式™：

auto send_some_t(int sock, T const* p) -> void
{
    auto buffer = reinterpret_cast<char const*>(p);
    write(sock, buffer, sizeof(T));
}

到目前为止，还不错。这个简化的例子，除了被剥夺了任何错误检查之外，应该是正确的。假设类型 T 是普通可复制的，我们可以使用 std::mempcy() 在对象之间复制这种类型的值（根据 C++17 标准 [1] 中的 6.7 [basic.types] 第 3 点）所以我猜write(2) 也应该可以工作，因为它会盲目地复制二进制数据。

接收方变得棘手。

假设所讨论的类型 T 如下所示：

struct T {
    uint64_t foo;
    uint8_t bar;
    uint16_t baz;
};

它有一个字段的对齐要求为 8 字节 (foo)，因此整个类型需要 8 字节的严格对齐（参见 6.6.5 [basic.align] 第 2 点的示例）。这意味着 T 类型的值的存储必须只分配在合适的地址上。

现在，下面的代码呢？

auto receive_some_t(int sock, T* p) -> void
{
    read(sock, p, sizeof(T));
}

// ...

T value;
receive_some_t(sock, &T);

看起来很阴暗，但应该可以正常工作。接收到的字节 do 表示类型 T 的有效值，并被盲目复制到类型 T.

的有效对象中

但是，如何使用原始 char 缓冲区，如以下代码：

char buffer[sizeof(T)];
read_some_t(sock, buffer);

T* value = reinterpret_cast<T*>(buffer);

这是我的程序员大脑触发红色警报的地方。我们绝对不能保证 char[sizeof(T)] 的对齐方式与 T 的对齐方式相匹配，这是一个问题。我们也不会往返指向有效 T 对象的指针，因为在我们的内存中没有类型 T 的有效对象。而且我们不知道另一边使用了什么编译器和选项（也许另一边的结构被打包而我们的没有）。

简而言之，我看到了将原始 char 缓冲区转换为其他类型的一些潜在问题，并会尽量避免编写上述代码。但显然它有效，而且“每个人都这样做”。

我的问题是：根据 C++17 标准，恢复通过网络发送并接收到适当大小的 char 缓冲区中的结构是否合法？

如果没有，使用 std::aligned_storage<sizeof(T), alignof(T)> 来接收这样的结构怎么样？如果 std::aligned_storage 也不合法，是否有 any 通过网络发送 raw 结构的合法方式，或者它是一个坏的恰好可行的想法......直到它不起作用？

我将结构视为表示数据类型的一种方式，并将编译器在内存中布局它们的方式视为实现细节，而不是作为数据交换所依赖的有线格式，但我愿意接受错了。

[1] www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2017/n4713.pdf

Answer 1

危险的部分与其说是内存对齐，不如说是 T 对象的生命周期。当您 reinterpret_cast<> 内存作为 T 指针时，不会创建对象的实例，并且像使用它一样会导致 Undefined B行为。

在C++中，所有对象都必须产生和停止存在，从而定义它们的生命周期。这甚至适用于 int 和 float 等基本数据类型。唯一的例外是 char.

换句话说，合法的做法是将缓冲区中的字节复制到一个已经存在的对象中，如下所示：

char buffer[sizeof(T)];

// fill the buffer...

T value;
std::memcpy(&value, buffer, sizeof(T));

不用担心性能问题。编译器将优化所有这些。

恢复通过网络发送的结构

Recovering structs sent over a network

c++

serialization

struct

c++17

data-exchange