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);

使用 error: a reinterpret_cast is not a constant expression 编译失败，因为 the C++ standard forbids 在 constexpr 中使用 reinterpret_cast。

但是，如果我想将值 b 存储在 PROGMEM 中（对于 AVR 微控制器），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（指向某个包含零的字节的地址）插入程序 space 在二进制文件中：

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

此外，我的理解是 reinterpret_cast 是一个编译时指令。那么为什么不能在constexpr中使用呢？

Answer 1

在运行时，C++ 语言具有未定义行为的概念。在某些（指定的）条件下，程序具有未定义行为，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，它可以打印乱码，它可以工作，或者它可以做任何事情。为什么存在这种情况的简单解释是性能。

在运行时这是一种权衡（如果你愿意的话，这是一种折衷），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期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% 没有未定义的行为。没有例外。没有余地。

一个臭名昭著的 UB 来源是 reinterpret_cast。 reinterpret_cast 的有效用法很少，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 reinterpret_cast 在编译期间是不允许的，即在 constexpr.

中是不允许的

Answer 2

So how come it can't be used inside a constexpr?

很简单，因为标准不允许。 constexpr 是自 C++11 以来在不同标准上不断扩展的功能，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，特别是如果您在假设严格的别名规则成立的情况下编程和编译代码：创建破坏它的指针很容易。

另一方面，很明显，对于嵌入式用户和专业用户 compilers/flags/environments，它可能在某种程度上有用。

Why is reinterpret_cast not constexpr?