为什么 reinterpret_cast 不是 constexpr？

Question

考虑以下片段：

static constexpr uint8_t a = 0;
static constexpr const int8_t *b = reinterpret_cast<const int8_t *>(&a);

这无法编译并error: a reinterpret_cast is not a constant expression ，因为C++ 标准禁止在constexpr使用reinterpret_cast 。

但是，如果我想将值 b 存储在PROGMEM （对于 AVR 微控制器），则编译会成功：

static constexpr uint8_t a = 0;
static const int8_t PROGMEM *const b = reinterpret_cast<const int8_t *>(&a);

在这种情况下，编译器能够证明表达式reinterpret_cast<const int8_t *>(&a)是编译时常量，因为它将其结果（指向包含零的某个字节的地址）插入到二进制程序空间中：

_ZL1g:
  .zero   1
  .section        .progmem.data,"a",@progbits
  .type   _ZL1b, @object
  .size   _ZL1b, 2
_ZL1b:
  .word   _ZL1g

另外，我的理解是reinterpret_cast是一个编译时指令。 那么为什么它不能在constexpr呢？

Answer 1

在运行时，C++ 语言具有未定义行为的概念。 在某些（明确指定的）条件下，程序具有未定义的行为，这意味着它可以表现出任何行为：它可以崩溃，它可以永远挂起，它可以打印胡言乱语，它可以看起来工作，或者它可以做任何事情。 为什么会出现这种情况的一个简单解释是性能。

在运行时，这是一种折衷（如果您愿意，可以进行折衷），但在编译时这是不可接受的。 如果标准允许在编译时使用 UB，那么不仅在编译程序或无限编译时发生崩溃是合法的，而且您永远无法确定编译后的可执行文件的有效性。

因此，任何形式的constexpr都必须 100% 没有未定义行为。 没有例外。 没有余地。

UB 的一个臭名昭著的来源是reinterpret_cast 。 reinterpret_cast有效用途很少，大多数都会导致 UB。 此外，几乎不可能检查使用是否有效。 所以在编译期间不允许reinterpret_cast ，即在 constexpr 中是不允许的。

Answer 2

那么为什么它不能在 constexpr 中使用呢？

仅仅是因为标准不允许。 自 C++11 以来， constexpr一直是一个不断扩展的功能，适用于不同的标准，因此很自然地认为reinterpret_cast使用的一个子集可以工作。

问题是允许它实际上是有用的还是有害的。 reinterpret_cast很少有好的用途，特别是如果你编程和编译你的代码时假设严格的别名规则成立：很容易创建破坏它的指针。

另一方面，很明显，对于嵌入式用户和专门的编译器/标志/环境，它在某种程度上可能是有用的。