在处理低级字节操作时reinterpret_cast是错误的

Is reinterpret_cast bad when dealing with low-level byte manipulation?

本文关键字：cast 错误 reinterpret 处理 字节 操作      更新时间：2023-10-16

我正在编写一个websocket服务器，我必须处理我需要取消掩码的掩码数据。

掩码是unsigned char[4]，数据也是unsigned char* buffer。

我不想一个字节一个字节地进行异或，我宁愿一次对4个字节进行异或。

uint32_t * const end = reinterpret_cast<uint32_t *>(data_+length);
for(uint32_t *i = reinterpret_cast<uint32_t *>(data_); i != end; ++i) {
    *i ^= mask_;
}

在这种情况下使用reinterpret_cast有什么问题吗?

另一种方法是下面的代码，它不那么清晰，也不那么快:

uint64_t j = 0;
uint8_t *end = data_+length;
for(uint8_t *i = data_; i != end; ++i,++j) {
    *i ^= mask_[j % 4];
}

我洗耳恭听各种替代方案，包括依赖于c++11特性的方案。

这个方法有几个潜在的问题:

  1. 在某些系统中，大于char类型的对象需要正确对齐才能访问。uint32_t的一个典型要求是对象与一个能被4整除的地址对齐。
  2. 如果length / sizeof(uint32_t) != 0，循环可能永远不会终止。
  3. 根据系统的端到端不同，mask需要包含不同的值。如果mask是由一个合适的数组的*reinterpret_cast<uint32_t>(char_mask)产生的，那么它就不应该是一个数组。

如果这些问题都得到了解决，reinterpret_cast<...>(...)可以在您所拥有的情况下使用。重新解释指针的含义是这个操作存在的原因之一，有时是需要的。我将创建一个合适的测试用例来验证它是否正常工作，以避免在将代码移植到不同的平台时不得不寻找问题。

我个人会采用不同的方法，直到分析显示它太慢:

char* it(data);
if (4 < length) {
    for (char* end(data + length - 4); it < end; it += 4) {
        it[0] ^= mask_[0];
        it[1] ^= mask_[1];
        it[2] ^= mask_[2];
        it[3] ^= mask_[3];
    }
}
it != data + length && *it++ ^= mask_[0];
it != data + length && *it++ ^= mask_[1];
it != data + length && *it++ ^= mask_[2];
it != data + length && *it++ ^= mask_[3];

我确实在软件中使用了许多类似的方法，这些方法意味着更快，并且没有发现它们是一个明显的性能问题。

在这种情况下，reinterpret_cast没有什么特别的问题。但是，保重。

32位循环是不正确的，因为它不能满足负载不是32位大小的倍数的情况。我想有两种可能的解决方案:

  • 将for循环检查中的!=替换为<(人们使用<是有原因的，并不是因为他们愚蠢……)并按字节顺序执行后面的1-3个字节
  • 安排缓冲区，使有效负载部分的缓冲区大小为32位的倍数，并且仅对额外的字节进行异或。(大概代码在向调用者返回字节时检查有效负载长度，所以这无关紧要。)

此外，根据代码的结构，您可能还必须处理某些cpu的不对齐数据访问。如果在32位对齐的缓冲区中缓冲了整个帧，包括报头和所有内容，并且有效载荷长度为<126字节或>65,535字节，则屏蔽键和有效载荷都将不对齐。

不管它的价值是什么，我的服务器使用类似于第一个循环的东西:

for(int i=0;i<n;++i)
    payload[i]^=key[i&3];

与32位选项不同，这基本上不可能出错。

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