C ++中施放的普通指针会导致不确定的行为，从而导致崩溃或错误的输出。严格的混叠是一项规则，其次是最不知情的侵犯的编译器，导致了不可预测的行为。如果您曾经使用过Reinterpret_cast或类型铸造，那么您可能会很脆弱！通过允许安全的替代方案，例如 std :: memcpy，，，， std :: bit_cast，，，， 未签名的char*， 和 工会 存在。本文解释了什么是严格的混叠，为什么危险以及如何安全有效地编码。

目录：

C ++的严格混叠是什么？

严格的别名规则是C ++（和C）中的优化规则，该规则允许编译器假设不同类型的指针没有指向相同的内存。这可以由编译器进行积极的代码优化。如果您违反了，它可能会导致 “不确定的行为”， 而且您的程序可能会崩溃并给您错误的结果。

在C ++中严格混杂的工作

在C ++中， 严格的别名 指定指向不同类型的指针被假定为没有别名，即它们没有指向相同的内存位置。优化代码变得容易，但可能会导致 不确定的行为。

例如，如果我们将42存储在一个 int* 然后将其存储在3.14F中 漂浮* 指向同一位置，我们可能 违反编译器对内存访问的期望 因此，编译器不会重新加载 int 在打印时值，假设浮点写入没有影响它。这甚至可能导致输出不正确或崩溃。如果有必要将指针转换为不兼容类型的指针，请使用 std :: memcpy 或者 std :: bit_cast （因为C ++ 20）而不是在不兼容类型之间铸造以避免破坏严格的混叠。

让我们检查一个程序，看看严格的别名如何有效

例子：

输出：

在此示例中 int* 和 漂浮* 重叠，但是编译器没有信息可以知道它们重叠，这导致它优化了 *IP = 42;线路可能会产生不良结果。要安全地访问跨类型的内存，请使用 std :: memcpy 或者 std :: bit_cast （C ++ 20）。作为副作用，这有助于防止不确定的行为以及提高性能。

编译器如何优化严格的混溶

编译器假设不同类型的类型永远不会别名，除非您明确允许它。这意味着：

• 它基于类型信息来重新定位加载/存储。
• 它消除了不必要的内存读取，因为它假定内存没有更改。
• 它将值保持在寄存器中，而不是从内存中再次加载它们。

安全的替代方案，以避免严格的别名C ++

有一些安全的替代方法可以避免使用严格的别名 std :: memcpy，std :: bit_cast， 和 未签名的char*。

1。使用std :: memcpy避免严格的别名

std :: memcpy 是一种使用不同类型的相同内存的安全方法，而不会破坏严格的别名。使用memcpy，您是通过字节复制内存的，允许编译器正确处理它，而不是直接施放指针（这导致不确定的行为）。这也确保在原始数据仍然存在时不会进行错误的优化。

例子：

输出：

在上面的代码中，我们使用 std :: memcpy 避免直接铸造 漂浮* 到一个 int* 复制原始内存 漂浮* 到一个 int。 为了避免不确定的行为，这要确保

2。使用std :: bit_cast避免严格的别名

std :: bit_cast （在C ++ 20中添加）允许重新解释内存，而不会破坏严格的混叠规则。它本身将源数据将源数据逐个地复制到新类型中，从而阻止编译器优化它。与指针铸造（reinterpret_cast）不同， std :: bit_cast 不会创建不确定的行为，因为它保留了原始数据的完整位模式。

例子：

笔记： 以上代码不支持普通编译器，它仅在C ++ 20编译器中起作用。

在上述代码中， std :: bit_cast（f） 安全地重新诠释 漂浮 作为 int 而不会违反严格的别名。此功能可确保转换在二进制级别上完成，并且不会被编译器优化，这可能导致不确定的行为。

3。使用未签名的char*避免严格的别名

在C ++中，严格的混叠规则，没有违反严格的混叠规则， 未签名的char* 可以访问任何对象的原始内存，这也使二进制数据操纵，序列化和调试变得容易。

例子：

输出：

在上述代码中，我们声明 结构数据 与 int 和 漂浮并将无符号字符*分配给构造数据，以读取其原始内存为字节。在这里，我们在十六进制中打印每个字节，以确保如何存储数据。这种方法可用于调试，序列化和分析低级内存。

4。使用联合类型的双关

在C ++中，这是访问与不同类型相同内存的另一种安全方法，而不会引起 不确定的行为 。在联合类型的双关词中，一个不同的成员 联盟 共享相同的内存，而不会违反严格的别名规则。

例子：

输出：

工会可以通过允许使用类型的双张力来为其他类型的内存共享，而不会违反严格的混叠。推杆 3.14f 在 DF 并将其读出来 di 产生意想不到的整数值，因为它读取了浮子的二进制形式。

例外摘要

检测严格的混叠违规行为

严格的别名违规行为可能是默默的 不确定的行为而不是编译器错误，标志可以帮助定位潜在的故障点。在GCC和Clang中，-fstrict -oliasing可以实现严格的混叠优化，并且 – Wtrict -Oliasing发出有关违反严格异化规则的代码的警告。

如果您面临混叠问题，则运行以下代码以及这些标志可以捕获您：

例子：

输出：

1078523331是读取3.14F的二进制表示的结果，该表示为int。这就是为什么行为与我们期望的相反的原因，因为reinterpret_cast不会修改对象的位表示，而对象也不可恶，因此编译器根据完全不同的规则来优化，破坏所有严格的别名规则。在这里，这取决于浮点值3.14F如何存储在内存中，然后从内存中以int的形式获取。

检测违规行为的方法

使用GCC或Clang使用：

g++ -std=c++17 -O2 -Wall -Wstrict-aliasing test.cpp

编译器诊断在编译时严格违反违规行为，发出警告或导致运行时不确定的行为。使用std :: memcpy或std :: bit_cast（C ++ 20），以避免此问题。

结论

严格的混叠是一个很棒的C ++优化规则，因为它会导致有效的内存访问，但如果违反规则，也会导致不确定的行为。使用不同类型的类型不适当地违反严格的混溶，可以生成任何形式的编译器优化（但这是一个边缘案例，因为它被引用了可移植性问题），但是可以使用一些成年人来保证安全的类型，例如STD :: memcpy，memcpy，std :: bit_bit_cast :: bit_cast（c+++carteccast cartect cartect（c++carlignect），以实现carlias carrip for varrias for varia varias way way way varias。另一方面，用编译器标志（例如 – wstrict -oliasing）标记违规行为可以帮助调试问题。由于编程模型的正确性越正确，因此，严格的混叠是使用最佳实践的低级编程，嵌入式系统和关键性能程序的关键。

关于C ++严格的混叠规则的常见问题