Правильный, переносимый способ интерпретации буфера как структуры

Контекст моей проблемы заключается в сетевом программировании. Скажем, я хочу отправлять сообщения по сети между двумя программами. Для простоты предположим, что сообщения выглядят так, а порядок байтов не вызывает беспокойства. Я хочу найти правильный, портативный и эффективный способ определения этих сообщений как структуры C. Я знаю четыре подхода к этому: явное литье, кастинг через объединение, копирование и маршалинг.

struct message {
    uint16_t logical_id;
    uint16_t command;
};

Явное литье:

void send_message(struct message *msg) {
    uint8_t *bytes = (uint8_t *) msg;
    /* call to write/send/sendto here */
}

void receive_message(uint8_t *bytes, size_t len) {
    assert(len >= sizeof(struct message);
    struct message *msg = (struct message*) bytes;
    /* And now use the message */
    if (msg->command == SELF_DESTRUCT)
        /* ... */
}

Я понимаю, что send_message не нарушает правила псевдонимов, потому что указатель byte/char может быть псевдонимом любого типа. Однако обратное неверно, поэтому receive_message нарушает правила псевдонимов и, следовательно, имеет поведение undefined.

Кастинг через союз:

union message_u {
    struct message m;
    uint8_t bytes[sizeof(struct message)];
};

void receive_message_union(uint8_t *bytes, size_t len) {
    assert(len >= sizeof(struct message);
    union message_u *msgu = bytes;
    /* And now use the message */
    if (msgu->m.command == SELF_DESTRUCT)
        /* ... */
}

Однако это, похоже, нарушает идею о том, что профсоюз содержит только один из его членов в любой момент времени. Кроме того, похоже, что это может привести к проблемам выравнивания, если исходный буфер не выровнен по границе слова/полуслова.

Копирование:

void receive_message_copy(uint8_t *bytes, size_t len) {
    assert(len >= sizeof(struct message);
    struct message msg;
    memcpy(&msg, bytes, sizeof msg);
    /* And now use the message */
    if (msg.command == SELF_DESTRUCT)
        /* ... */
}

Кажется, что это гарантирует правильный результат, но, конечно, я бы предпочел не копировать данные.

Маршалинг

void send_message(struct message *msg) {
    uint8_t bytes[4];
    bytes[0] = msg.logical_id >> 8;
    bytes[1] = msg.logical_id & 0xff;
    bytes[2] = msg.command >> 8;
    bytes[3] = msg.command & 0xff;
    /* call to write/send/sendto here */
}

void receive_message_marshal(uint8_t *bytes, size_t len) {
    /* No longer relying on the size of the struct being meaningful */
    assert(len >= 4);    
    struct message msg;
    msg.logical_id = (bytes[0] << 8) | bytes[1];    /* Big-endian */
    msg.command = (bytes[2] << 8) | bytes[3];
    /* And now use the message */
    if (msg.command == SELF_DESTRUCT)
        /* ... */
}

По-прежнему нужно копировать, но теперь отделяться от представления структуры. Но теперь нам нужно быть явным с положением и размером каждого члена, а endian-ness - гораздо более очевидная проблема.

Сопутствующая информация:

Что такое строгое правило псевдонимов?

Алиасирующий массив с указателем на структуру без нарушения стандарта

Когда char * безопасен для строгого сглаживания указателей?

http://blog.llvm.org/2011/05/what-every-c-programmer-should-know.html

Пример реального мира

Я искал примеры сетевого кода, чтобы увидеть, как эта ситуация обрабатывается в другом месте. light-weight ip имеет несколько подобных случаев. В файле udp.c находится следующий код:

/**
 * Process an incoming UDP datagram.
 *
 * Given an incoming UDP datagram (as a chain of pbufs) this function
 * finds a corresponding UDP PCB and hands over the pbuf to the pcbs
 * recv function. If no pcb is found or the datagram is incorrect, the
 * pbuf is freed.
 *
 * @param p pbuf to be demultiplexed to a UDP PCB (p->payload pointing to the UDP header)
 * @param inp network interface on which the datagram was received.
 *
 */
void
udp_input(struct pbuf *p, struct netif *inp)
{
  struct udp_hdr *udphdr;

  /* ... */

  udphdr = (struct udp_hdr *)p->payload;

  /* ... */
}

где struct udp_hdr - это упакованное представление заголовка udp, а p->payload имеет тип void *. Понимая мое понимание и этот ответ, это определенно [edit- not] нарушает строгое сглаживание и, следовательно, имеет поведение undefined.

Ответы

void receive_message(void *bytes, size_t len) {
    assert(len >= sizeof(struct message);
    struct message *msg = (struct message*) bytes;
    /* And now use the message */
    if (msg->command == SELF_DESTRUCT)
        /* ... */
}