在什么情况下，std::forward<X> 和 static_cast<X&&> 是等效的？

Question

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2017/p0644r1.html的文件表示：

There are two ways that you can forward a variable: you can use std::forward or you can use static_cast directly (as this proposal's forwarding operator does):

   template <class X, class Y>
   decltype(auto) foo(X&& x, Y&& y) {
       return std::forward<X>(x)(std::forward<Y>(y));    // with std::forward
       return static_cast<X&&>(x)(static_cast<Y&&>(y));  // with static_cast, exactly equivalent
   }

“完全等效”适用的原因是因为X和Y是模板参数，所以X&&和Y&&是转发引用吗？还是其他原因？

我认为它并不总是适用，因为如果是这样：

1. 我会期望 std::forward 的文档中也有说明，就像 std::move 的文档中一样；
2. 用一个替换另一个为什么会导致14%的编译速度提升呢。

目前我最好的猜测是：

1. std::forward 在某些情况下无法编译，而static_cast可以；
2. 但反过来不一定成立：如果std::forward可以编译，那么static_cast也可以；
3. 如果两者都可以编译，结果是相同的。

但我远不确定这是正确的。

- Alexey Romanov

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你猜的2和3是错误的：https://godbolt.org/z/nE6xad3hq - Artyer

@DrewDormann 不，我不是这个意思。我知道它们在转发引用方面是等效的（尽管在重新阅读时，我没有表达得足够清楚），我想知道它们在其他情况下是否也是等效的。 - Alexey Romanov

@AlexeyRomanov：那些“其他情况”很复杂，因为我们不仅要考虑各种类型的X，还要考虑参数/操作数的类型。除了你想要考虑的示例中的关系之外，它们之间是否存在其他关系，或者你真的在询问所有可能性？ - Davis Herring

@DavisHerring 我对一般情况很感兴趣，但任何特定的差异（比如Artyer的例子）也是不错的。 - Alexey Romanov

Answer 1

为了真正地泛化，我们必须看一下 static_cast<X&&>(…) 和 std::forward<X>(…) 的定义。请注意，我们可以忽略 X 不是引用类型的情况，因为通过引用折叠，它最终相当于相应的右值引用类型。所以让 X 为 Y& 或 Z&&，其中 Y 和 Z 不是引用类型。

在左值引用情况下，相关的 static_cast 能力为（其中 B 是 Y 或其基类）：

1. B& → Y&
2. Y &x(…);

对于 std::forward，实例化声明如下：

constexpr Y& forward(Y&) noexcept;
constexpr Y& forward(Y&&) noexcept;  // definition ill-formed

在右值引用的情况下，它们是（其中另外 D 是 Z 或其派生类）：

1. B&& → Z&&
2. D& → Z&&
3. Z &&x(…);

并且。

constexpr Z&& forward(Z&) noexcept;
constexpr Z&& forward(Z&&) noexcept;

std::forward 的引用参数是从参数进行复制初始化，而 static_cast 可以执行以下三种操作之一：

1. 直接从其操作数进行初始化，这会在涉及显式转换函数时导致重载分辨率差异（如 Artyer 所指出的），
2. 向下转型，使得 static_cast<Derived&&>(Base()) 起作用，而 std::forward<Derived>(Base()) 不能隐式转换参数，或者
3. std::forward 本身的实现，它（正如人们所希望的！）不会产生任何区别，因为它仅适用于 rvalue 情况，在此情况下，std::forward 的两个重载中的任何一个都将等效地接受任何派生类型。

- Davis Herring