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C++如何实现对象序列化?(自定义二进制序列化)

尼克

尼克

发布时间:2026-02-19 16:51:50

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来源于php中文网

原创

不能直接 memcpy 对象,因其会原样拷贝指针、虚表指针及 std::string/vector 等内部堆成员,导致地址失效;且 padding、abi、字节序差异使跨平台/存盘后必然出错,必须显式序列化。

c++如何实现对象序列化?(自定义二进制序列化)

为什么不能直接 memcpy 对象?

因为 memcpy 会把对象内存原样拷贝,但 C++ 对象里可能藏了指针、虚函数表指针、std::string 或 std::vector 这类内部堆分配的成员——它们的地址一复制就失效。更糟的是,不同编译器/平台对 padding、ABI、字节序的处理不一致,跨进程或存盘后几乎必然读错。

所以必须显式控制每个字段的读写顺序和格式,哪怕只是二进制,也得自己走一遍“序列化逻辑”。

怎么写一个安全的 serialize() 成员函数?

核心是:只操作 POD 字段 + 显式处理非 POD 成员。比如有个 Person 类:

struct Person {
    int id;
    char name[32];
    std::vector<int> scores;
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>void serialize(std::ostream& out) const {
    out.write(reinterpret_cast<const char*>(&id), sizeof(id));
    out.write(name, sizeof(name));
    size_t sz = scores.size();
    out.write(reinterpret_cast<const char*>(&sz), sizeof(sz));
    if (!scores.empty()) {
        out.write(reinterpret_cast<const char*>(scores.data()), sz * sizeof(int));
    }
}

};

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要点:

  • serialize() 只负责输出,不管理流状态(比如是否打开、是否失败)——调用方负责检查 out.good()
  • std::vector 等容器,先写长度再写数据,避免反序列化时无法预分配
  • 所有 write() 前都用 reinterpret_cast<const char></const> 转换,别漏掉 const
  • 如果字段含 std::string,要先写长度再写 c_str(),且注意 null terminator 不自动包含

反序列化时最容易崩在哪几个地方?

崩溃常发生在没校验输入就直接 reinterpret_cast 回结构体,或者忘了跳过 padding 字段。常见错误现象:segmentation faultstd::bad_alloc(vector 分配超大 size)、读出的 id 是乱码数字。

安全做法:

  • 反序列化函数必须返回 bool 表示成功,而不是 void
  • 每次 read() 后立刻检查 in.gcount() == sizeof(T),不能只靠 good()
  • std::vector,先读 size_t sz,再验证 sz (防恶意构造超大值导致 OOM)
  • 如果类有继承关系,基类字段必须在派生类 serialize() 中显式调用,否则会被跳过

要不要用 std::bit_cast 或 memcpy 替代 reinterpret_cast?

不要。C++20 的 std::bit_cast 要求源和目标类型 trivially copyable 且大小相等,但它不解决字段布局问题;而 memcpyreinterpret_cast 多一层安全检查(比如编译器能诊断重叠),但依然无法绕过虚函数表、指针、非 POD 成员的陷阱。

真正关键的是:序列化协议本身是否可移植。如果你只在同构系统(同一编译器、同一 ABI、小端)内用,手写二进制序列化够用;一旦涉及网络传输或长期存储,就得加版本号字段、考虑字节序转换(用 htons/ntohl),否则几年后连自己都读不出来。

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