| C++에서 buffer(내부가 char, unsigned char, 혹은 std::byte로 이루어진 array 혹은 heap에 할당된 array) 에 C++ 표준을 어기지 않으면서 데이터를 쓰거나 읽고싶습니다. 어떻게해야될까요? Q: 간단하게 이렇게하면 되지않을까요?
안됩니다. 위 코드는. C++ 표준을 어기게됩니다.
Q: 에이 설마요, 못믿겠는데요?
같이 C++ 표준을 확인해봅시다.
표준에선 객체의 lifetime은 1. definition (int a; // <- 이런식의 정의) 2. new-expression (placement new, heap할당할때 쓰는 new 둘다) 3. union멤버중 하나를 implicitly change할때 4. temporary object가 생성될때 중 하나의 과정을 거쳐야만 시작이 된다고 합니다.
객체의 lifetime을 시작하는 위에 나열된 4개중 어느것의 과정을 거치지 않은곳을 접근하는 행위는 undefined behavior입니다. (int*로 어딘가를 가르키고있는데 int 객체가 없는곳)
위 예제 코드에 buf*가 가르키는것은 unsigned char[4] 입니다. 다른 타입으로 C-style cast를 하든 reinterpret_cast를 하든 buf가 무엇을 가르키는지는 바뀌지 않습니다.
Q: Undefined behavior가 그래서 정확히 뭡니까?
UB를 invoke하는 코드를 컴파일할 경우 컴파일러는 자기 맘대로 코드를 짠 사람의 의도와 전혀상관없는 바이너리를 생성할수있습니다. (aggressive-optimization중에 의도된 코드와 다른 outcome이 나온다던지, crash, memoryleak, 등 무엇이든요.) 물론 아직까진 현실적으로 위의 코드에서 프로그램이 뻑나거나 메모리 릭이생기는일은 없다고봐도 무방합니다.
Q: 아니그러면 어떻게해야되나요?
write에선 memcpy를 불러주시고, read에선 위에 객체가 생성되는 과정중 1에 해당하는 T ret_; 을 선언한뒤 ret_에 memcpy 하시면 됩니다. 물론 typename T 가 std::is_trivially_copyable_v<T> == true 에 부합해야합니다.
위를 좀더 편하게(type-punning을 가능하게)하는 함수가 C++20에 들어옵니다. 무려 constexpr 함수로요.
constexpr memcpy는 컴파일러 매직이 필요하지만 그냥 memcpy로도 c++11, 14, 17에서 표준을 지키면서 type-punning이 가능하게 해줍니다.
Q: 근데 memcpy하면 그냥 일반 포인터 캐스팅해서 읽는거보다 느리지않나요?
글쎄요, 같이 확인해볼까요?
세 major 컴파일러들 다 no-op으로 optimize 해줍니다.
Q: 네트워크나 i/o 추상화해준 라이브러리 대부분 뜯어보면 저런코드들 많은데 여태 아무런 문제 없었어요. 상관 없는거 아닌가요?
개인적인 의견으론 오히려 표준에서 정의되지 않은 코드가 지금 버그를 일으키지 않는게 더 위험하다고 생각이 됩니다. 시간이1년 혹은 2년 혹은 10년 후, 어느날 갑자기 컴파일러 벤더들이 UB trigger 하는 코드들을 적극적으로 optimize하려하는 컴파일러들을 릴리즈하게되면 그때 버그잡는건 상당히 어렵겠죠. 플랫폼 종속성문제도 생길거구요.
긴글 읽어주셔서 감사합니다.
edit : 아 그리고 빼먹은게 있는데 gcc, clang에서는 -fno-strict-aliasing 커맨드를 컴파일할때 넘겨주면 strict-aliasing 룰을 위반하는 코드라도 안전한 바이너리가 생성됩니다. 물론 위 상황에서도 제대로 동작해야되기때문에 최적화를 덜하겠죠. 제가알기로 MSVC는 그런커맨드는 없는데 본인들 <Windows.h> 헤더같은곳에 strict-aliasing을 위반하는 코드들이 많아서 아직 gcc나 clang처럼 위 상황에서 optimize할 엄두는 아직은 못낼거에요.
그리고 C++23에 나오는 std::start_lifetime_as<T>는 여기서 다루지 않았는데 C++23이되면 malloc, memcpy, memmove, std::start_lifetime_as<T> 네 함수도 객체의 lifetime을 시작할수있게 표준에 건의가된 상태입니다.
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