reinterpret_cast 使 constexpr 函数失败答案

【问题标题】：reinterpret_cast fails constexpr functionreinterpret_cast 使 constexpr 函数失败
【发布时间】：2020-09-25 22:21:51
【问题描述】：

试图创建一个能够重新解释 IEEE 双精度位的 constexpr 类。示例：

constexpr double pi = 3.14159265358979323846;
constexpr fixedpoint a(pi);

但是遇到了 reinterpret_cast 不是常量子表达式的问题。

我在 constexpr fixedpoint& operator=(double rhs) 中使用它：

  uint64_t fraction = *reinterpret_cast<const uint64_t*>(&rhs) & 0x000F'FFFF'FFFF'FFFFull;

但编译器将该语句标记为非常量子表达式。

尝试过类型双关语，但遇到了限制，即在 C++ 中只能激活单个字段。

任何人都有一个解决方案，可以让我重新解释作为有效 constexpr 代码的双精度位吗？

【问题讨论】：

这能回答你的问题吗？ constexpr and initialization of a static const void pointer with reinterpret cast, which compiler is right?
reinterpret_cast几乎总是是一个错误。非常确保它做你想做的，并且在达到它之前它具有明确定义的行为。
@JesperJuhl 提取双精度位的“正确”方法是什么？
double 布局是well documented：您可以编写一个函数来计算位。如果你发现你需要一些 constexpr 数学支持，有一些选项，例如here。（如果您只有几个特定的值，您可以编写一次性代码来进行非constexpr 转换，然后将输出剪切粘贴到您的源代码中。）
@JesperJuhl 这不是真的，OP 显然知道他们在做什么。他们在pi = (-1)^s * 1.xxxxxx * 2^yyyyyy（尾数，或fraction）中提取xxxxxx。但是，请注意 C++ 实际上并不要求 double 是 IEEE 浮点 binary64。这可能就是为什么在 C++20 之前的 constexpr 中不允许这样做的原因，因为编译时计算通常是“抽象的”，而对 double 进行比特处理则相反。

标签： c++ constexpr reinterpret-cast

【解决方案1】：

是的，使用std::bit_cast，它在标题<bit>中：

#include <bit>
#include <cstdint>
constexpr double pi = 3.14159265358979323846;
constexpr auto fraction = std::bit_cast<std::uint64_t>(pi) & 0x000F'FFFF'FFFF'FFFFull;

您需要一个支持 C++20 的编译器。目前还没有，但从 Clang 9 开始，您至少可以使用内置函数，将来用于实现 bit_cast：

#if __clang__
constexpr auto fraction = __builtin_bit_cast(std::uint64_t, pi) & 0x000F'FFFF'FFFF'FFFFull;
#endif

Example.

【讨论】：

快速尝试了一下，但显然我还没有兼容 C++20 的编译器....有向后兼容的方法吗？ C++14/17ish?
@Ravenwater 不，这就是 bit_cast 被添加到标准中的原因 - 它需要编译器魔法来执行 constexpr 中的操作。
感谢您的洞察力，需要弄清楚如何处理该约束（除了不使用 constexpr 定点）......