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将围绕sockaddr_storage和sockaddr_in进行转换将破坏严格的别名

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将围绕sockaddr_storage和sockaddr_in进行转换将破坏严格的别名

在过去的十年中,C和C ++编译器比

sockaddr
设计接口甚至编写C99时要复杂得多。作为其一部分,已理解的“未定义行为”的 目的_已经改变。回顾过去,未定义的行为通常旨在涵盖_硬件_实现之间关于操作语义的分歧。但是如今,最终归功于许多组织希望停止编写FORTRAN并有能力支付编译器工程师来实现这一目标,未定义的行为是编译器用来
_推断代码
的事情。左移是一个很好的例子:C99 6.5.7p3,4(为清楚起见重新排列了一下)读取

结果

E1 << E2
E1
左移位
E2
位置;空位用零填充。如果[
E2
]的值为负或大于或等于提升的[
E1
] 的宽度,则行为不确定。

因此,例如,

1u << 33
UB在
unsignedint
32位宽的平台上。该委员会之所以没有定义,是因为在这种情况下,不同的CPU架构的左移指令执行不同的操作:有些始终产生零,有些减少了类型宽度(x86)的模数,有些减少了模数的位数。
(ARM),并且至少有一种历史上常见的体系结构会陷入陷阱(我不知道是哪一种,但这就是为什么它是未定义且未指定的原因)。但是现在,如果你写

unsigned int left_shift(unsigned int x, unsigned int y){ return x << y; }

在具有32位的平台上

unsigned int
,知道上述UB规则的编译器将 调用该函数时
推断出
y
必须具有介于0到32之间的值
。它将把该范围输入到过程间分析中,并使用它来执行诸如在调用方中删除不必要的范围检查之类的操作。如果程序员有理由认为它们
不是 不必要的,那么,现在您开始了解为什么这个主题如此蠕虫。

有关针对未定义行为目的进行的更改的更多信息,请参阅LLVM人们关于该主题的三部分文章(1
2

3)。


现在您已经了解了,我实际上可以回答您的问题。

在消除了一些不相关的并发症之后

struct sockaddr
,这些是
struct sockaddr_in
,和的定义
structsockaddr_storage

struct sockaddr {    uint16_t sa_family;};struct sockaddr_in {     uint16_t sin_family;    uint16_t sin_port;    uint32_t sin_addr;};struct sockaddr_storage {    uint16_t ss_family;    char __ss_storage[128 - (sizeof(uint16_t) + sizeof(unsigned long))];    unsigned long int __ss_force_alignment;};

这是穷人的子类。它是C语言中的一个普遍用法。您定义了一组结构,它们都具有相同的初始字段,这是一个代码号,用于告诉您实际上已通过了哪种结构。回想过去,每个人都希望,如果您分配并填写了一个

structsockaddr_in
,向上转换为
struct sockaddr
,并将其传递给例如
connect
,实现
connect
可以
structsockaddr
安全地取消对指针的引用以检索该
sa_family
字段,得知它正在查看a
sockaddr_in
并将其抛回,然后继续。C标准一直说取消引用
struct sockaddr
指针会触发未定义的行为-自C89以来,这些规则未更改-
但每个人都希望 在这种情况下 这样做是安全的 __因为无论您使用的是哪种结构,它都是相同的“加载16位”指令。
这就是POSIX和Windows文档谈论对齐的原因。早在1990年代编写这些规范的人就认为, 实际上
可能造成麻烦的主要方式是,如果您结束发布未对齐的内存访问。

但是该标准的文本中没有任何关于加载指令或对齐的内容。它是这样说的(C99§6.5p7+脚注):

一个对象只能通过具有以下类型之一的左值表达式访问其存储值:73)

  • 与对象的有效类型兼容的类型,
  • 与对象的有效类型兼容的类型的限定版本,
  • 类型是与对象的有效类型相对应的有符号或无符号类型,
  • 一种类型,是与对象的有效类型的限定版本相对应的有符号或无符号类型,
  • 在其成员(包括递归地,子集合或包含的联盟的成员)中包括上述类型之一的集合或联合类型,或
  • 字符类型。

73)此列表的目的是指定对象可能会别名也可能不会别名的那些情况。

struct
类型仅与自身“兼容”,声明的变量的“有效类型”是其声明的类型。所以您显示的代码…

struct sockaddr_storage addrStruct;case AF_INET: {    struct sockaddr_in * tmp = (struct sockaddr_in *)&addrStruct;    tmp->sin_family = AF_INET;    tmp->sin_port = htons(port);    inet_pton(AF_INET, addr, tmp->sin_addr);}break;

…具有未定义的行为, 即使 幼稚的代码生成将按预期运行,编译器也可以从中进行推断。现代编译器可能由此推断出,

case AF_INET

永远无法执行 。它将整个块删除为死代码,并随之而来。


那么,您如何

sockaddr
安全地工作呢?最简单的答案是“随便使用
getaddrinfo
和”
getnameinfo
。他们为您解决了这个问题。

但是,也许你需要工作,一个地址族,比如

AF_UNIX
,即
getaddrinfo
不处理。在大多数情况下,您只需声明地址族类型正确的变量,然后 _仅_在调用带有
struct sockaddr *

int connect_to_unix_socket(const char *path, int type){    struct sockaddr_un sun;    size_t plen = strlen(path);    if (plen >= sizeof(sun.sun_path)) {        errno = ENAMETOOLONG;        return -1;    }    sun.sun_family = AF_UNIX;    memcpy(sun.sun_path, path, plen+1);    int sock = socket(AF_UNIX, type, 0);    if (sock == -1) return -1;    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&sun,     offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + plen)) {        int save_errno = errno;        close(sock);        errno = save_errno;        return -1;    }    return sock;}

实施

connect
有通过一些跳铁圈,使这个安全的,但是这不是你的问题。

魂斗罗对方的回答,有 一个情况下,你可能想要使用

sockaddr_storage
;与
getpeername
和一起
getnameinfo
在需要同时处理IPv4和IPv6地址的服务器中。这是一种知道要分配多少缓冲区的简便方法。

#ifndef NI_IDN#define NI_IDN 0#endifchar *get_peer_hostname(int sock){    char addrbuf[sizeof(struct sockaddr_storage)];    socklen_t addrlen = sizeof addrbuf;    if (getpeername(sock, (struct sockaddr *)addrbuf, &addrlen))        return 0;    char *peer_hostname = malloc(MAX_HOSTNAME_LEN+1);    if (!peer_hostname) return 0;    if (getnameinfo((struct sockaddr *)addrbuf, addrlen,         peer_hostname, MAX_HOSTNAME_LEN+1,         0, 0, NI_IDN) {        free(peer_hostname);        return 0;    }    return peer_hostname;}

(我也可能写过

struct sockaddr_storage addrbuf
,但是我想强调一点,我实际上不需要
addrbuf
直接访问的内容。)

最后要注意的:如果BSD人已经确定sockaddr结构只是一个 有点不同......

struct sockaddr {    uint16_t sa_family;};struct sockaddr_in {     struct sockaddr sin_base;    uint16_t sin_port;    uint32_t sin_addr;};struct sockaddr_storage {    struct sockaddr ss_base;    char __ss_storage[128 - (sizeof(uint16_t) + sizeof(unsigned long))];    unsigned long int __ss_force_alignment;};

…由于“包含上述类型之一的聚合或联合”规则,上流和下流本来可以很好地定义。如果您想知道如何在新的C代码中处理此问题,请继续。



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