我有一个占用 64 位内存的类。为了实现平等，我使用了 reinterpret_cast<uint64_t*> ，但它会在 gcc 7.2(但不是 clang 5.0)上导致此警告:

$ g++ -O3 -Wall -std=c++17 -g -c example.cpp 
example.cpp: In member function ‘bool X::eq_via_cast(X)’:
example.cpp:27:85: warning: dereferencing type-punned pointer will break strict-aliasing rules [-Wstrict-aliasing]
     return *reinterpret_cast<uint64_t*>(this) == *reinterpret_cast<uint64_t*>(&x);                                                                                     ^

根据我的理解，转换是未定义的行为，除非您转换为实际类型或 char* .例如，加载值时可能存在特定于体系结构的布局限制。这就是我尝试其他方法的原因。

这是简化版本的源代码 ( link to godbolt ):

#include <cstdint>
#include <cstring>

struct Y
{
    uint32_t x;
    bool operator==(Y y) { return x == y.x; }
};

struct X
{
    Y a;
    int16_t b;
    int16_t c;

    uint64_t to_uint64() {
        uint64_t result;
        std::memcpy(&result, this, sizeof(uint64_t));
        return result;
    }

    bool eq_via_memcpy(X x) {
        return to_uint64() == x.to_uint64();
    }

    bool eq_via_cast(X x) {
        return *reinterpret_cast<uint64_t*>(this) == *reinterpret_cast<uint64_t*>(&x);
    }

    bool eq_via_comparisons(X x) {
        return a == x.a && b == x.b && c == x.c;
    }
};
static_assert(sizeof(X) == sizeof(uint64_t));

bool via_memcpy(X x1, X x2) {
    return x1.eq_via_memcpy(x2);
}

bool via_cast(X x1, X x2) {
    return x1.eq_via_cast(x2);
}

bool via_comparisons(X x1, X x2) {
    return x1.eq_via_comparisons(x2);
}

通过 memcpy 显式复制数据来避免转换防止警告。据我了解，它也应该是可移植的。

看看汇编器(gcc 7.2 with -std=c++17 -O3 )，memcpy 得到了完美优化，而直接比较导致代码效率较低:

via_memcpy(X, X):
  cmp rdi, rsi
  sete al
  ret

via_cast(X, X):
  cmp rdi, rsi
  sete al
  ret

via_comparisons(X, X):
  xor eax, eax
  cmp esi, edi
  je .L7
  rep ret
.L7:
  sar rdi, 32
  sar rsi, 32
  cmp edi, esi
  sete al
  ret

与 clang 5.0 ( -std=c++17 -O3 ) 非常相似:

via_memcpy(X, X): # @via_memcpy(X, X)
  cmp rdi, rsi
  sete al
  ret

via_cast(X, X): # @via_cast(X, X)
  cmp rdi, rsi
  sete al
  ret

via_comparisons(X, X): # @via_comparisons(X, X)
  cmp edi, esi
  jne .LBB2_1
  mov rax, rdi
  shr rax, 32
  mov rcx, rsi
  shr rcx, 32
  shl eax, 16
  shl ecx, 16
  cmp ecx, eax
  jne .LBB2_3
  shr rdi, 48
  shr rsi, 48
  shl edi, 16
  shl esi, 16
  cmp esi, edi
  sete al
  ret
.LBB2_1:
  xor eax, eax
  ret
.LBB2_3:
  xor eax, eax
  ret

从这个实验来看，它看起来像 memcpy版本是代码性能关键部分的最佳方法。

问题:

• 我的理解是否正确 memcpy版本是可移植的 C++ 代码吗？
• 假设编译器能够优化掉 memcpy 是否合理？像这个例子一样打电话？
• 是否有我忽略的更好的方法？

更新:

正如 UKMonkey 指出的那样，memcmp在进行按位比较时更自然。它还编译为相同的优化版本:

bool eq_via_memcmp(X x) {
    return std::memcmp(this, &x, sizeof(*this)) == 0;
}

这是 updated godbolt link .也应该是可移植的(sizeof(*this) 是 64 位)，所以我认为这是迄今为止最好的解决方案。

最佳答案

在 C++17 中，memcmp结合has_unique_object_representations可以使用:

bool eq_via_memcmp(X x) {
    static_assert(std::has_unique_object_representations_v<X>);
    return std::memcmp(this, &x, sizeof(*this)) == 0;
}

编译器应该能够将其优化为一个比较 (godbolt link):

via_memcmp(X, X):
  cmp rdi, rsi
  sete al
  ret

静态断言确保类 X 不包含填充位。否则，比较两个逻辑上等效的对象可能会返回 false，因为填充位的内容可能不同。在这种情况下，在编译时拒绝该代码会更安全。

(注意:据推测，C++20 将添加 std::bit_cast ，它可以用作 memcmp 的替代品。但是，您仍然必须确保不涉及填充同样的原因。)

关于c++ - gcc:通过显式 memcpy 避免严格别名违规警告，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/48060855/