c - 灵活数组成员上的结构

问题描述

我正在编写一个 C 程序（g++ 可编译），它必须处理许多不同的结构，所有这些都来自具有预定义格式的缓冲区。格式指定我应该加载哪种类型的结构。这可以使用联合来解决，但是结构大小的巨大差异使我决定使用一个带有 void * 的结构：

struct msg {
    int type;
    void * data; /* may be any of the 50 defined structures: @see type */
};

问题是我需要 2 个malloc电话和 2个电话free。对我来说，函数调用很昂贵而且malloc很昂贵。free从用户方面来说，简单的 msgs会很棒。所以我将定义更改为：

struct msg {
    int type;
    uint8_t data[]; /* flexible array member */
};
...
struct msg_10 {
    uint32_t flags[4];
    ...
};

每当我需要反序列化消息时，我都会：

struct msg * deserialize_10(uint8_t * buffer, size_t length) {
    struct msg * msg = (struct msg *) malloc(offsetof(struct msg, data) + sizeof(struct msg_10));
    struct msg_10 * payload = (__typeof__(payload))msg->data;

    /* load payload */
    return msg;
}

并获得该结构的成员：

uint32_t msg10_flags(const struct msg * msg, int i)
{
    return ((struct msg_10 *)(msg->data))->flags[i];
}

有了这个改变，gcc（和 g++）发出了一个很好的warning: dereferencing type-punned pointer will break strict-aliasing rules [-Wstrict-aliasing]消息。

我认为这是关于如何以某种有效的方式在 C 中表示一系列消息的常见问题（但我在这里没有找到答案）。

我理解为什么会出现警告，我的问题如下：

是否可以在没有警告的情况下实施这样的事情，或者它是否存在内在缺陷？（或不是唯一的：P，我几乎确信我应该重构）

使用以下代码表示消息会更好吗？

struct msg {
    int type;
};
...
struct msg_10 {
    struct msg; /* or int type; */
    uint32_t flags[4];
    ...
};

如果是，注意事项？我可以始终编写和使用以下内容吗？

struct msg * deserialize_10(uint8_t * buffer, size_t length) {
    struct msg_10 * msg = (struct msg_10 *) malloc(sizeof(struct msg_10));

    /* load payload */
    return (struct msg *)msg;
}

uint32_t msg10_flags(const struct msg * msg, int i) {
    const struct msg_10 * msg10 = (const struct msg_10 *) msg;
    return msg10->flags[i];
}

任何其他？

我忘了说这在低级系统上运行，性能是优先考虑的，但总而言之，真正的问题是如何处理这种“多消息”结构。我可能会重构一次，但要更改 50 种消息类型的反序列化的实现......

标签： cc99strict-aliasing

为了避开严格的别名，你可以将你的结构包装在一个联合中。使用 C11，您可以使用匿名结构来摆脱访问“标志”所需的额外级别：

typedef union
{
  struct
  {
    uint32_t flags[4];
  };  
  uint8_t bytes[ sizeof(uint32_t[4]) ];
} msg_10;

现在您可以在不担心严格的别名违规的情况下进行msg_10* payload = (msg_10*)msg->data;访问，因为联合类型包含与对象的有效类型兼容的类型 ( )。payloaduint8_t[]

但是请注意，在malloc您通过指向特定类型的指针访问它之前，返回的指针没有有效类型。因此，或者，您可以确保在 malloc 之后访问具有正确类型的数据，这也不会产生严格的别名冲突。就像是

struct msg_10 * msg = malloc(sizeof(struct msg_10));
struct msg_10 dummy = *msg;

dummy不会用到的地方，就是用来设置有效类型的。

c - 灵活数组成员上的结构

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