reinterpret_cast转换void/monostate版本std::function指针是否安全？

结论 #

这个操作属于明确的未定义行为，没有任何安全性保障，哪怕是仅针对void和std::monostate这组特定类型的场景也不例外。
问题涉及的示例代码如下：

std::function<std::monostate()> convert(std::function<void()> func){
    return *reinterpret_cast<std::function<std::monostate()> *>(&func);
}

核心原因 #

• 按C++标准的明文规定，不同模板参数实例化得到的std::function是完全独立的不相关类型，标准从未规定任意两个不同的std::function特化存在兼容的内存布局、ABI或操作语义。这种跨类型的指针强转后解引用的操作，直接违反严格别名规则，行为不受任何标准约束。
• 从实际实现逻辑来看，两个特化的运行时行为存在本质差异：
  • std::function<void()>调用目标可调用对象时不需要处理返回值，会直接丢弃目标的返回结果（如果目标本身有返回值的话），不需要生成返回值构造、传递相关的逻辑
  • std::function<std::monostate()>调用时需要遵循对应平台的返回值约定，构造并传递std::monostate类型的返回值。哪怕std::monostate是空类型，多数平台的ABI对返回void和返回空结构体的调用约定也存在差异，比如返回结构体的函数可能需要操作约定的返回值寄存器、传递隐式返回值指针，和void返回的函数调用流程完全不兼容。
• 上述示例代码还存在额外的风险：强转后解引用本质是把std::function<void()>对象的内存直接当作std::function<std::monostate()>的内存做拷贝构造，两个类型的拷贝构造、析构、内部引用计数/小对象缓冲的管理逻辑完全独立生成，这种操作大概率会触发内存泄漏、双重释放、随机崩溃等问题，且问题可能在编译器版本更新、编译选项调整时随机出现，完全不可控。

安全实现方式 #

不需要使用任何危险的类型强转，直接包装一层lambda即可，开O2优化的场景下几乎没有额外运行时开销：

std::function<std::monostate()> convert(std::function<void()> func){
    return [func = std::move(func)]() -> std::monostate {
        func();
        return {};
    };
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者oshaboy