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);

这无法通过 编译error: a reinterpret_cast is not a constant expression，因为C++ 标准禁止使用reinterpret_castin constexpr。

但是，如果我想将值 b 存储在PROGMEM（对于 AVR 微控制器）中，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，编译器能够证明该表达式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，我的理解是这reinterpret_cast是一个编译时指令。那么为什么它不能在 a 中使用constexpr？

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，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% 没有未定义的行为。没有例外。没有余地。

UB 的一个臭名昭著的来源是reinterpret_cast. 的有效用途很少reinterpret_cast，大多数会导致 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。