即使在 C++20 中 std::memcpy 也不是 constexpr 的原因是什么？答案

【问题标题】：What is the reason for std::memcpy not being constexpr even in C++20?即使在 C++20 中 std::memcpy 也不是 constexpr 的原因是什么？
【发布时间】：2021-01-10 11:25:40
【问题描述】：

我知道在编译时复制任意内存块并不总是可能的，但是既然我们得到了 constexpr 容器、虚拟方法和算法，为什么不使用 memcpy 呢？这也是一种算法。

此外，

C++20 std::bit_cast 看起来很像std::memcpy workaround reinterpret_cast 但它是constexpr。
对于 C++20，使用迭代器的 std::copy 被标记为 constexpr，因此对于类型来说，复制是可能的。

用法是复制或只是“重新解释”constexpr 函数中的变量/数组，std::bit_cast AFAIK 无法解决前者。特别是question和我的回答想用它。

std::bit_cast 可以是 constexpr 而std::memcpy 不能是什么特殊原因？
是否与使用 void 指针而不是类型化引用的 memcpy 有关？
实际上不必复制任何内容？
C 向后兼容？
可能是因为不支持“指向 constexpr 内存的指针”？但同样适用于std::bit_cast 中的引用参数和std::copy 中的迭代器。

C++20 bit_cast vs reinterpret_cast 的相关答案从某处简要引用：

此外，目前无法实现 constexpr 位转换函数，因为 memcpy 本身不是 constexpr。标记提议的函数作为 constexpr 不需要或阻止 memcpy 成为 constexpr，但需要编译器支持。这离开实现免费使用自己的内部解决方案（例如 LLVM 有位广播操作码）。

但它并没有详细说明不使其成为 constexpr。

注意，我没有问为什么std::bit_cast 存在。我喜欢它，它提供了一个明确的意图，而不是 std::memcpy 解决方法。

【问题讨论】：

标签： c++ constexpr c++20

【解决方案1】：

运行时代码中的 C++ 对象模型通常处理得有些松散。它有相当严格的规则，但是有一堆后门被允许或声明为 UB。后者意味着您仍然可以编写代码来执行此操作，但 C++ 不保证该代码的行为。

在持续评估（又名：代码的编译时执行）中，不是的情况。对constexpr 的限制专门用于使对象模型成为您必须遵循的真实事物，没有可行的后门。甚至它偶尔允许的那些也被明确要求格式错误并产生编译错误，而不是沉默的 UB。

基本上在运行时，您可以将内存视为存储字节。在编译时，你不能；你不被允许。即使在 C++20 中添加了 constexpr 代码中的动态分配，你也不会玩很多你通常会玩这种东西的游戏。

memcpy 处理字节存储，来回复制它们而不知道它们的含义。 bit_cast 知道源对象和目标对象，除非源对象和目标对象适合bit_casting（即：普通可复制），否则它不允许您这样做。 p>

bit_cast 在这两个对象的 content 上也有 very specific restrictions，如果您希望它在编译时工作。特别是，您不能bit_cast 指针或任何对象包含任何类型的指针。或参考文献。

这是因为编译时的指针不仅仅是地址。为了捕捉 UB，编译时指针必须知道它指向的对象的真正动态类型。因此，在编译时不允许仅转换地址的指针转换。

【讨论】：

感谢您的回答，很抱歉没有活动。你能告诉std::copy是constexpr吗？是否适用与bitcast 相同的限制？那么它如何工作，因为每个迭代器都应该至少包含对容器的引用。
@Quimby：有什么要解决的？不要将实现与行为混淆。 std::copy 复制对象；这就是它的行为。 std::copy 是 constexpr；这也是它的行为。在该函数内发生什么以创建该行为与您无关，最终与该函数的行为方式无关。
好吧，很公平，我只是感兴趣，因为std::copy 看起来真的像打字版std::memcpy。但我猜没有什么能阻止我研究一些实现。

【解决方案2】：

这更像是一个评论而不是一个答案，因为我只是引用P0202R0: Add Constexpr Modifiers to Functions in and Headers 中写的内容，但我在这里写它不适合 cmets：

B. std::memmove 和 std::memcpy 必须有 constexpr 添加
std::memmove 和 std::memcpy 接受 void* 和 const void* 参数。这使得它们无法在纯 C++ 中实现为 constexpr，因为常量表达式无法根据 [expr.const] 评估从类型 cv void * 到指向对象类型的转换。
然而，这些函数不仅很流行，而且在标准库中被广泛使用以获得更好的性能。不让它们成为 constexpr 将迫使标准库开发人员无论如何都要为它们提供编译器内在函数。这是必须完成的艰难一步。

[expr.const]的相关栏目：

8.6 常量表达式 [expr.const]
[…]表达式e 是一个核心常量表达式，除非e 的评估遵循抽象机（6.8.1）的规则，将评估以下表达式之一： […]
(2.13) — 从cv void* 类型到pointer-to-object 类型的转换；

【讨论】：