沒有兼容的方式來轉換相同大小的簽名/無符號

Question

我擔心我可能會丟失一些微不足道的東西，但是如果您希望保留原始的無符號值，似乎沒有實際的安全方式來轉換爲簽名類型/從一個簽名類型。

在reinterpret_cast上，5.2.10沒有列出整數轉換爲整數，因此沒有定義（並且static_cast沒有定義額外的轉換）。關於積分轉換4.7.3基本上說大的無符號轉換將被實現定義（因此不可移植）。

這似乎是有限制的，因爲我們知道，例如，在任何硬件上，uint64_t應該可以安全地轉換爲int64_t，並且返回時沒有值的變化。再加上關於標準佈局類型的規則實際上保證了安全轉換，如果我們在memcpy這兩種類型之間而不是分配。

我正確嗎？爲什麼在整數類型之間不能有reinterpret_cast足夠大小的合法理由？

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澄清：絕對無符號的簽名版本不保證值，但它只是我在考慮往返（無符號=>簽訂=>無符號）

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UPDATE：仔細查看答案並交叉檢查標準，我相信memcpy實際上並不能保證工作，因爲它沒有聲明這兩種類型是佈局兼容的，並且都不是char類型。進一步更新，挖掘到C標準這個memcpy應該工作，因爲目標的大小足夠大，它複製字節。

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答案：似乎有沒有技術理由的reinterpret_cast是不允許進行這種轉換。對於這些固定大小的整數類型，一個memcpy保證工作，事實上，只要中間可以表示所有的位模式，任何中間類型都可以使用（因爲可能存在陷阱模式，float可能是危險的）。一般來說，你不能在任何標準佈局類型之間使用memcpy，它們必須是兼容的或char類型的。這裏的整數是特殊的，因爲它們有額外的保證。

Answer 1

正如你所指出的，memcpy的是安全的：

uint64_t a = 1ull<<63; 
int64_t b; 
memcpy(&b,&a,sizeof a); 

價值爲b仍實現定義的，因爲C++不需要補碼錶示， 但轉換回給你的原始值。

正如Bo Persson指出int64_t將是二進制補碼。因此，memcpy應該產生一個帶符號的值，其中簡單的整數轉換回無符號類型被很好地定義爲原始的無符號值。

uint64_t c = b; 
assert(a == c); 

此外，您還可以實現自己「signed_cast」，使轉換容易的（我不趁補的事情，因爲這些不限於intN_t類型）：

template<typename T> 
typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value && std::is_signed<T>::value,T>::type 
signed_cast(typename std::make_unsigned<T>::type v) { 
    T s; 
    std::memcpy(&s,&v,sizeof v); 
    return s; 
} 

template<typename T> 
typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value && std::is_unsigned<T>::value,T>::type 
signed_cast(typename std::make_signed<T>::type v) { 
    T s; 
    std::memcpy(&s,&v,sizeof v); 
    return s; 
} 

Answer 2

這個問題基本上是一個n位無符號可能而不是有一個表示在n位有符號類型。例如，一個8位無符號數的最大值爲256，而一個8位有符號值的數值不能大於128（並且注意這對於硬件實現是不受限制的：任何表示都需要一位簽名。）

Answer 3

只要運行

#include <cstdio> 
#include <stdint.h> 
using namespace std; 

int main() 
{ 
    int64_t a = 5; 
    int64_t aa; 
    uint64_t b; 
    double c; 

    b = *reinterpret_cast<uint64_t *>(&a); 
    aa = *reinterpret_cast<int64_t *>(&b); 

    if (a == aa) { 
     printf("as expected, a == aa\n"); 
    } 

    c = *reinterpret_cast<double *>(&a); 
    aa = *reinterpret_cast<int64_t *>(&c); 

    if (a == aa) { 
     printf("again, as expected, a == aa\n"); 
    } 

    printf("what is this I don't even %f.\n", c); // this one should give some undefined behavior here 

    return 0; 
} 

無法在評論適應它。

Answer 4

想必這不是因爲與符號 - 幅度表示機器會違反了最小驚訝的簽署0映射到無符號0原則，同時簽署的-0將映射到一些其他的（可能非常大）數允許的。

考慮到memcpy解決方案的存在，我認爲標準組織決定不支持這種不直觀的映射，可能是因爲unsigned-> signed-> unsigned不如指針 - >整數 - >指針那麼有用。

Answer 5

除非我誤解的問題，只是把有符號的類型爲無符號的類型，反之亦然再次回到：

#include <iostream> 

int main() 
{ 
    signed char s = -128; 
    unsigned char u = s; 
    signed char back = u; 

    std::cout << (int)u << std::endl; 
    std::cout << (int)back << std::endl; 

    return 0; 
} 

./a.out 
128 
-128 

Answer 6

我們知道，你不能施放的任意比特序列浮點，因爲它可能是一個陷阱代表。

是否有任何規則說在簽名整型中不能有陷印表示？ （由於定義範圍的方式，無符號類型不能，因爲有效值需要所有表示）

簽名表示也可以包括等價類（如+0 == -0），並且可以將這樣的類中的值強制爲規範表示，從而打破往返。

下面是來自標準的相關規則（sectin 4.7，[conv.integral]）：

如果目標類型是無符號的，所得到的值是至少無符號整數全等到源整數（模2 ^Ñ其中n是用於表示無符號類型的位數）。 [注：在二進制補碼錶示中，這種轉換是概念性的，並且位模式沒有變化（如果沒有截斷）。 - 結束註釋]

如果目標類型是帶符號的，如果它可以用目標類型（和位域寬度）表示，則該值不變。否則，該值是實現定義的。

如果您的意思是在指針或引用上使用reinterpret_cast而不是值，則必須處理the strict-aliasing rule。而你發現的是this case is expressly allowed。