确定在编译时使用reinterpret_cast是否安全

Question

根据cppreference.com上的reinterpret_cast页面，除了会转换掉constness或volatility之外，可以使用11种转换方式进行reinterpret_cast。那么，我的问题是：是否可能编写像这样的constexpr函数？

template <typename T1, typename T2>
constexpr bool is_reinterpret_cast_safe() {
    // ...
}

根据这11个点检查转换是否允许？由于编译器（如GCC和Clang）能够检查代码是否违反严格别名规则，因此使用-fstrict-aliasing -Wstrict-aliasing编译，我认为应该可以以某种方式实现。

我知道C++20引入了std::bit_cast, 但目前还没有任何编译器支持。在编译时选择两个转换函数可能会很有用。

template <typename T1, typename T2>
T1 f_reinterpret_cast(T2 d) {
    static_assert(sizeof(T1) == sizeof(T2));
    return *reinterpret_cast<T1*>(&d); // could be undefined behavior;
}

template <typename T1, typename T2>
T1 f_memcpy(T2 d) {
    static_assert(sizeof(T1) == sizeof(T2));
    T1 n;
    std::memcpy(&n, &d, sizeof(T2)); // OK
    return n;
}

使用SFINAE或if constexpr:

template <typename T1, typename T2>
T1 conv(T2 d) {
    if constexpr (is_reinterpret_cast_safe<T1, T2>())
        return conv_reinterpret_cast<T1, T2>(d);
    else
        return conv_memcpy<T1, T2>(d);
}

您可以在https://godbolt.org/z/Ex6GnP上找到代码。

- Giovanni Cerretani

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你开始写了吗？卡住了吗？ Cppreference 很好地列出了所有的情况，因此至少有一些点很容易解决，例如对于第一个伪代码：if ((std::is_integral<T1> || std::is_enum<T1> || std::is_pointer<T1> || std::is_member_object_pointer<T1>) && std::is_same<T1, T2>) return true; - KamilCuk

你为什么想要避免使用 std::memcpy 函数？ - Acorn

@Acorn 主要是出于好奇心。 - Giovanni Cerretani

Answer 1

编译器在编译时检查reinterpret_cast表达式的有效性：当访问对象时可能会违反别名规则。

int i = 0;                                   //OK
double j* = reinterpret_cast <double*> (i);  //OK
double k = *j;                               //strict aliasing violation

无法检查 reinterpret_cast 是否会导致指针无法用于访问其所指向的对象。

- Oliv