c/c++强制类型转换在实际项目中可能存在的风险（大端法、小端法）

今天在阅读项目代码的时候看到这样一段代码：

//信号处理函数
void Utils::sig_handler(int sig)
{
    //为保证函数的可重入性，保留原来的errno
    int save_errno = errno;
    int msg = sig;
    send(u_pipefd[1], (char *)&msg, 1, 0);      
    errno = save_errno;
}

这是一个普通的信号处理函数，用于指定信号sig触发时的行为。即向管道u_pipefd[1]发送该信号本身。

当管道的另一端u_pipefd[0]接收到信号时，处理的逻辑如下

bool WebServer::dealwithsignal(bool &timeout, bool &stop_server)
{
    int ret = 0;
    int sig;
    char signals[1024];
    ret = recv(m_pipefd[0], signals, sizeof(signals), 0);
    if (ret == -1){
        return false;
    }
    else if (ret == 0){
        return false;
    }
    else{
        for (int i = 0; i < ret; ++i){
            switch (signals[i]){
                case SIGALRM:{
                    timeout = true;
                    break;
                }
                case SIGTERM:{
                    stop_server = true;
                    break;
                }
            }
        }
    }
    return true;
}

先忽略代码其他不重要的逻辑，重点看ret = recv(m_pipefd[0], signals, sizeof(signals), 0);。该函数首先将信号从管道中读取出来，然根据取出的值进行相应的逻辑处理

switch (signals[i]) { 
    case SIGALRM: { 
        timeout = true; break; 
    } 
    case SIGTERM: { 
        stop_server = true; break; 
    } 
}

具体来说，项目中注册了SIGALRM和SIGTERM，他们对应的值和含义如下：

回到标题，看到这段代码时，我产生了第一个疑问：

为什么只发送一个字节？

• 因为信号是通过一个整数编号来标识的。这个编号通常很小，一个字节（8位）足够表示，所以能发一个字节就别发4个字节了。

为什么要将&msg强制转换为char*，不转换行不行？

• 先说答案：可以不转，但是和原本的代码一样存在风险（大小端问题）
• 强制类型转换改变了什么？
  • 从数据的表示来说，什么也没有改变
  • 它仅仅改变了数据解释的方式
• 从下面的实例代码一目了然

# include <stdio.h>

void show_bytes(char * start, size_t len) {
    size_t i;
    for (i = 0; i < len; i++) 
        printf(" %.2x", start[i]);
    printf("\n");
}

int main() {
    int sig = 15;
    show_bytes((char *)&sig, sizeof(int));
    return 0;
}

//输出
0f 00 00 00

由于我的机器为小端法（数据的低字节存储在存储器地址的低位，数据的高字节存储在存储器地址的高位），所以将源程序改为下面的形式也是一模一样的。

//信号处理函数
void Utils::sig_handler(int sig)
{
    //为保证函数的可重入性，保留原来的errno
    int save_errno = errno;
    send(u_pipefd[1], &sig, 1, 0);      
    errno = save_errno;
}

不管转不转换，发送到管道中的都是0x0f这8个比特的数据

问题出在哪里？

• 如前所述，如果机器采用小端法表示数据，就没有任何问题，但是如果机器采用大端法表示，就会出现严重的问题。
• 倘若为大端法表示（数据的低字节存储在存储器地址的高位，数据的高字节存储在存储器地址的地位），SIGTERM（15）在机器中的存储顺序为：00 00 00 0f
• 不管转不转换，发送到管道中的都是0x00这8个比特的数据

如何解决？

将代码改为下面，即可解决

//信号处理函数
void Utils::sig_handler(int sig)
{
    //为保证函数的可重入性，保留原来的errno
    int save_errno = errno;
    char msg = static_cast<char>(sig); 
    send(u_pipefd[1], &msg, 1, 0); 
    errno = save_errno;
}

最后一点

强制类型转换不会改变数据在机器上的表示，只会改变对数据的解释。 例如SIGTERM（15）在机器上的表示为0x0f，如果用int 来解释就是15，如果用char来解释就是ASCII码表中的一个字符

所以信号处理逻辑部分和下面是等价的：

switch (signals[i]) { 
    case 0x0e: { 
        timeout = true; break; 
    } 
    case 0x0f: { 
        stop_server = true; break; 
    } 
}

当然写成宏定义的形式更直观，这里只是为了便于理解。