如何从字节数组获取任意非默认构造类型T的合法实例且无未定义行为？

我正在处理Rust与C的FFI交互，已知某个std::byte*指针指向的字节数组是一个合法的C类型T的对象（T可以是任意类型）。现在需要从这个字节数组中获取合法的T类型值，但以下几种方法都不可行：

不可行方法1：reinterpret_cast违反严格别名规则触发UB #

直接通过reinterpret_cast转换指针后解引用，会违反C++的严格别名规则，导致未定义行为：

template<typename T>
T transmute(std::byte *ptr) {
   return *reinterpret_cast<T *>(ptr); // UB
}

不可行方法2：memcpy依赖T的默认构造能力 #

这种方法虽被不少资料推荐，但无法适用于没有默认构造函数的T：

template<typename T>
T transmute(std::byte *ptr) {
   T value;  // 要求T具备默认构造函数
   memcpy(&value, ptr, sizeof(T));
   
   return value;
}

不可行方法3：联合体读取非活跃成员导致UB #

C++标准明确规定，读取联合体的非活跃成员属于未定义行为，因此该方法不可行：

template<typename T>
T transmute(std::byte *ptr) {
   union {
      T value;
      std::byte bytes[sizeof(T)];
   } thing;
   memcpy(&thing.bytes, ptr, sizeof(T));
   
   return thing.value; // UB
}

可行解决方案 #

C++17及以上：结合std::launder与移动/拷贝构造 #

利用std::launder告知编译器指针指向的内存中已存在合法的T对象，绕过严格别名规则，同时不需要T具备默认构造能力：

#include <new>
#include <type_traits>

template<typename T>
T transmute(std::byte* ptr) {
    // 前置检查：T需可移动或可拷贝（FFI场景下这类类型才具备传递意义）
    static_assert(std::is_move_constructible_v<T> || std::is_copy_constructible_v<T>,
                  "T must be move or copy constructible to be returned");

    // 用std::launder确保编译器识别内存中的T对象
    T& obj = *std::launder(reinterpret_cast<T*>(ptr));
    // 移动构造返回值（避免不必要的拷贝，若T不可移动则自动退化为拷贝）
    return std::move(obj);
}

原理：std::launder的作用是打破编译器对指针指向类型的原有假设，明确告知内存中存在一个合法的T实例，从而避免严格别名规则导致的未定义行为。

C++20及以上：使用std::bit_cast（更简洁） #

C++20引入的std::bit_cast支持类型间的逐位转换，无需默认构造函数，只需T是可平凡复制类型（FFI场景下大多满足）：

#include <bit>
#include <array>
#include <type_traits>

template<typename T>
requires std::is_trivially_copyable_v<T>
T transmute(std::byte* ptr) {
    static_assert(sizeof(T) == sizeof(std::array<std::byte, sizeof(T)>),
                  "Size mismatch (should never happen)");
    // 将字节数组转换为std::array后，通过bit_cast得到T类型值
    return std::bit_cast<T>(*reinterpret_cast<std::array<std::byte, sizeof(T)>*>(ptr));
}

注意：若T不是可平凡复制类型，需使用C++17的方案。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nicola Gigante