Question

我有一些打包的结构，将要写入内存映射文件。它们都是POD。

为了适应我正在做的一些通用编程，我希望能够编写包含多个压缩结构的std::tuple。

我担心将std::tuple的成员写入我的映射区域的地址，然后将该地址重新投射回std::tuple将会中断。

我写了一个小示例程序，它确实可以工作，但我担心我的行为不确定。

这是我的结构：

struct Foo
{
    char    c;    
    uint8_t pad[3];
    int     i;                   
    double  d;                   

} __attribute__((packed));

struct Bar
{
    int     i;                   
    char    c;                   
    uint8_t pad[3];
    double  d;                   

} __attribute__((packed));

我定义了以下结构的std::tuple：

using Tup = std::tuple<Foo, Bar>;

为了模拟内存映射文件，我创建了一个具有一些内联存储和大小的小对象：

添加元组时，它将使用new放置在嵌入式存储中构造该元组。

struct Storage
{
    Tup& push_back(Tup&& t)
    {
        Tup* p = reinterpret_cast<Tup*>(buf) + size;
        new (p) Tup(std::move(t));

        size += 1;

        return *p;
    }

    const Tup& get(std::size_t i) const
    {
        const Tup* p = reinterpret_cast<const Tup*>(buf) + i;
        return *p;
    }

    std::size_t  size = 0;
    std::uint8_t buf[100];
};

要模拟写入文件然后再次读取的过程，我创建了一个Storage对象，对其进行填充，复制，然后使原始对象超出范围。

Storage s2;

// scope of s1
{
    Storage s1;

    Tup t1 = { Foo { 'a', 1, 2.3 }, Bar { 2, 'b', 3.4 } };
    Tup t2 = { Foo { 'c', 3, 5.6 }, Bar { 4, 'd', 7.8 } };

    Tup& s1t1 = s1.push_back(std::move(t1));
    Tup& s1t2 = s1.push_back(std::move(t2));

    std::get<0>(s1t1).c = 'x';
    std::get<1>(s1t2).c = 'z';

    s2 = s1;
}

然后，我使用Storage::get读取我的元组，该行仅做reinterpret_cast<Tup&>的内联存储。

const Tup& s2t1 = s2.get(0);

当我访问元组中的结构时，它们具有正确的值。

此外，通过valgrind运行不会引发任何错误。

我正在定义行为吗？
如果元组最初是在此处进行新放置的（将其放入一个将被关闭并随后重新映射并重新读取的文件中），则从我的嵌入式存储中reinterpret_cast到std::tuple的安全吗？

内存映射文件：

我使用的实际存储是一种转换为boost::mapped_region的结构。

结构为：

struct Storage
{
    std::size_t  size;
    std::uint8_t buf[1]; // address of buf is beginning of Tup array
};

我将其投射如下：

boost::mapped_region region_ = ...;
Storage* storage = reinterpret_cast<Storage*>(region_.get_address());

以下答案中提到的对齐问题会成为问题吗？

下面的完整示例：

#include <cassert>
#include <cstdint>
#include <tuple>

struct Foo
{
    char    c;    
    uint8_t pad[3];
    int     i;                   
    double  d;                   

} __attribute__((packed));

struct Bar
{
    int     i;                   
    char    c;                   
    uint8_t pad[3];
    double  d;                   

} __attribute__((packed));

using Tup = std::tuple<Foo, Bar>;

struct Storage
{
    Tup& push_back(Tup&& t)
    {
        Tup* p = reinterpret_cast<Tup*>(buf) + size;
        new (p) Tup(std::move(t));

        size += 1;

        return *p;
    }

    const Tup& get(std::size_t i) const
    {
        const Tup* p = reinterpret_cast<const Tup*>(buf) + i;
        return *p;
    }

    std::size_t  size = 0;
    std::uint8_t buf[100];
};

int main ()
{
    Storage s2;

    // scope of s1
    {
        Storage s1;

        Tup t1 = { Foo { 'a', 1, 2.3 }, Bar { 2, 'b', 3.4 } };
        Tup t2 = { Foo { 'c', 3, 5.6 }, Bar { 4, 'd', 7.8 } };

        Tup& s1t1 = s1.push_back(std::move(t1));
        Tup& s1t2 = s1.push_back(std::move(t2));

        std::get<0>(s1t1).c = 'x';
        std::get<1>(s1t2).c = 'z';

        s2 = s1;
    }

    const Tup& s2t1 = s2.get(0);
    const Tup& s2t2 = s2.get(1);

    const Foo& f1 = std::get<0>(s2t1);
    const Bar& b1 = std::get<1>(s2t1);

    const Foo& f2 = std::get<0>(s2t2);
    const Bar& b2 = std::get<1>(s2t2);

    assert(f1.c == 'x');
    assert(f1.i == 1);
    assert(f1.d == 2.3);

    assert(b1.i == 2);
    assert(b1.c == 'b');
    assert(b1.d == 3.4);

    assert(f2.c == 'c');
    assert(f2.i == 3);
    assert(f2.d == 5.6);

    assert(b2.i == 4);
    assert(b2.c == 'z');
    assert(b2.d == 7.8);

    return 0;
}

Answer 1

您可能希望对齐std::uint8_t buf[100]存储，因为未对齐访问是未定义的行为：

aligned_storage<sizeof(Tup) * 100, alignof(Tup)>::type buf;

（最初您有100个字节，用于100 Tup s）。

映射页面时，页面开始于x86上至少4k的边界。如果您的存储从页面开头开始，那么该存储将适当地对齐以进行任何幂2对齐（最大4k）。

我担心将std::tuple的成员写入我的映射区域的地址，然后将该地址重新投射回std::tuple将会中断。

只要通过映射内存进行通信的应用程序使用相同的ABI，它就会按预期工作。

Answer 2

<!doctype html>
<html lang="<?= $my_lang ?>">
</html>

是未定义的行为，因为Tup* p = reinterpret_cast<Tup*>(buf) + size; new (p) Tup(std::move(t));可能未正确对齐buf。正确的做法是使用Tup。

我可以在内存映射区域中放置新的std :: tuple，然后再读回去吗？

2 个答案: