使用联合简化强制转换

( 编辑 )GCC和MSVC都允许“匿名”结构/联合,这可以解决您的问题。例如:

union Pixel {
   struct {unsigned char b,g,r,a;};
   uint32_t bits;  // use 'unsigned' for MSVC
}

foo.b = 1;
foo.g = 2;
foo.r = 3;
foo.a = 4;
printf ("%08x\n", foo.bits);

给出(在Intel上):

04030201

这需要更改您的所有声明 结构像素 到 联合像素 在您的原始代码中。但这种缺陷可以通过以下方式修复:

struct Pixel {
    union {
        struct {unsigned char b,g,r,a;};
        uint32_t bits; 
    };
} foo;

foo.b = 1;
foo.g = 2;
foo.r = 3;
foo.a = 4;
printf ("%08x\n", foo.bits);

这也适用于VC9,带有“警告C4201:使用了非标准扩展:无名称结构/联合”。例如,微软在以下方面使用了这种技巧:

typedef union {
    struct {
        DWORD LowPart;
        LONG HighPart;
    };  // <-- nameless member!
    struct {
        DWORD LowPart;
        LONG HighPart;
    } u;
    LONGLONG QuadPart;
} LARGE_INTEGER;

但他们通过压制不需要的警告来“欺骗”。

虽然上面的例子都可以,但是如果您经常使用这种技术,很快就会得到无法维护的代码。让事情更清楚的五点建议:

(1)更改名称 bits 更丑陋的东西 union_bits 清楚地表明一些不寻常的事情。

(2)返回到丑陋的强制转换拒绝的操作,但在宏或内联函数中隐藏其丑陋,如:

#define BITS(x) (*(uint32_t*)&(x))

但这将打破严格的别名规则。(例如,参见Andreyt的回答: C99 strict aliasing rules in C++ (GCC) )

(3)保留像素的原始定义,但要做更好的投射:

struct Pixel {unsigned char b,g,r,a;} foo;
// ...
printf("%08x\n", ((union {struct Pixel dummy; uint32_t bits;})foo).bits);

(4)但那是偶数 丑陋的 . 你可以通过 typedef :

struct Pixel {unsigned char b,g,r,a;} foo;
typedef union {struct Pixel dummy; uint32_t bits;} CastPixelToBits;
// ...
printf("%08x\n", ((CastPixelToBits)foo).bits);    // not VC9

有了VC9,或者GCC使用-书呆子,你就需要( 不要 用这个 海湾合作委员会 --见末尾注释 ):

printf("%08x\n", ((CastPixelToBits*)&foo)->bits); // VC9 (not gcc)

(5)宏可能是首选的。在gcc中,您可以非常整齐地定义任何给定类型的联合强制转换:

#define CAST(type, x) (((union {typeof(x) src; type dst;})(x)).dst)   // gcc
// ...
printf("%08x\n", CAST(uint32_t, foo));

对于VC9和其他编译器,没有 typeof ,可能需要指针( 不要 用这个 海湾合作委员会 --见末尾注释 ):

#define CAST(typeof_x, type, x) (((union {typeof_x src; type dst;}*)&(x))->dst)

自我记录,更安全。而不是 太 丑陋的所有这些建议都可能编译成相同的代码,因此效率不是问题。另见我的相关答案: How to format a function pointer? .

关于GCC的警告: GCC手册4.3.4版(但 不 版本4.3.0)声明最后一个示例 &(x) 是 未定义行为 . 见 http://davmac.wordpress.com/2010/01/08/gcc-strict-aliasing-c99/ 和 http://gcc.gnu.org/ml/gcc/2010-01/msg00013.html .

联合内部的结构存在问题,即允许编译器在结构(或类)成员之间添加填充字节, 位字段除外 .

鉴于:

struct Pixel
{
  unsigned char red;
  unsigned char green;
  unsigned char blue;
  unsigned char alpha;
};

可将其布置为:

Offset  Field
------  -----
0x00    red
0x04    green
0x08    blue
0x0C    alpha

所以结构的大小是16字节。

当放入一个联合时,编译器将占用两者中较大的容量来确定空间。另外,正如您所看到的,32位整数不会正确对齐。

我建议创建函数来组合和提取32位数量的像素。你可以申报 inline 也是:

void Int_To_Pixel(const unsigned int word,
                  Pixel& p)
{
  p.red =   (word & 0xff000000) >> 24;
  p.blue =  (word & 0x00ff0000) >> 16;
  p.green = (word & 0x0000ff00) >> 8;
  p.alpha = (word & 0x000000ff);
  return;
}

这比联合中的结构(包括带有位字段的结构)可靠得多:

struct Pixel_Bit_Fields
{
  unsigned int red::8;
  unsigned int green::8;
  unsigned int blue::8;
  unsigned int alpha::8;
};

在阅读这篇文章时,仍然有一些疑问 red 是MSB还是 alpha 是MSB。通过使用位操作,在读取代码时没有问题。

只是我的建议,YMMV。

为什么不把难看的一团糟变成一个在线程序呢?类似:

inline uint32_t pixel32(const Pixel& p)
{
    return *reinterpret_cast<uint32_t*>(&p);
}

您还可以将此例程作为成员函数提供给 Pixel ,叫做 i() ,允许您通过 pixel.i() 如果你愿意那样做的话。(当不需要强制执行不变量时,我将倾向于将功能与数据结构分离。)