跟我学C++中级篇——取地址操作-程序员充电站

一、取地址

在C/C++开发中，指针操作既是一个难点，同时也是一个无法绕开的知识点。一个对象的指针，可以说就是一个对象的地址。那么如何取得这个对象指针呢？或者说如何取得对象地址呢？在传统的开发中，开发者可以通过“&”运算符来获取对象的指针即地址。而在C++11中，开发者又发现了一个std::addressof也可以达到同样的功能。下面将对它们之间的区别和联系进行分析。

二、std::addressof

在C++11中提供了一个接口std::addressof，它的作用与“&”运算符的功能一样也是获取一个对象的实际的地址。看一下其定义：

//定义template<class T>T*addressof(T&arg);//实现template<typename _Tp>_GLIBCXX_NODISCARDinline_GLIBCXX17_CONSTEXPR _Tp*addressof(_Tp&__r)noexcept{returnstd::__addressof(__r);}template<typename _Tp>inline_GLIBCXX_CONSTEXPR _Tp*__addressof(_Tp&__r)_GLIBCXX_NOEXCEPT{return__builtin_addressof(__r);}

__builtin_addressof函数是gcc内置的取地址的函数，它不管&运算符是否被重载都会获取对象的地址。

三、源码

其源实现基于两种场景：

基于编译器内置函数
这是非常广泛的一种方法，代码如下：

template<typename _Tp>_GLIBCXX_NODISCARDinline_GLIBCXX17_CONSTEXPR _Tp*addressof(_Tp&__r)noexcept{returnstd::__addressof(__r);}template<typename _Tp>inline_GLIBCXX_CONSTEXPR _Tp*__addressof(_Tp&__r)_GLIBCXX_NOEXCEPT{return__builtin_addressof(__r);}

__builtin_addressof函数是gcc内置的取地址的函数，它不管&运算符是否被重载都会获取对象的地址。
2. 基于非编译器内置函数
简易实现如下：

template<class T>T*addressof(T&arg){return(T*)&(char&)arg;}

正规的实现如下：

template<typename _Tp>inline_Tp*__addressof(_Tp&__r)_GLIBCXX_NOEXCEPT{returnreinterpret_cast<_Tp*>(&const_cast<char&>(reinterpret_cast<constvolatilechar&>(__r)));}template<typename _Tp>inline_Tp*addressof(_Tp&__r)noexcept{returnstd::addressof(__r);}

从简单实现其实可以更好的理解其实现的过程，先是强制转成字符类型的引用(char&)，这样做的目的一是防止导致对&运算符的重载操作(char类型作为基础类型没有重载&)；二是可以防止出现转换为其它类型（大于1字节）可能导致的内存对齐动作（地址就有可能变化）。然后取地址获取真实的地址即&(char&)中的外面的&（char没有重载&），再强制转成指定类型的指针。
后面的实现，则是为了安全和效率起见，所作的安全控制和内联（inline），说一下const volatile，一个变量既可以是常量又可以可变。这要从两个角度来理解，比如一个寄存器，对程序而言它是常量，不应该尝试去改变它。但对硬件而言，它可能被改变。它的目的是为了防止编译器优化，确保获取准确的地址。而上面的const_cast则去除刚刚增加的const volatile。其它就非常好理解了。

四、应用场景和限制

既然有&可以获取地址，为什么又要造出一个std::addressof。大家都知道，除了一些特定的运算符不可以重载的话，大多数的运算符是可以被重载的，其中就包含&运算符。那么问题来了，在被重载了&运算符的对象中如果还是用&来取地址的话，会是什么情况呢？看下面的例程：

#include<iostream>#include<memory>structDemo{int*operator&(){return&b_;}int*getaddr(){return&a_;}inta_;intb_;};intmain(){Demo d;std::cout<<"d address:"<<&d<<",d.a_ address:"<<d.getaddr()<<std::endl;std::cout<<" addressof get addr:"<<std::addressof(d)<<std::endl;}

即使不运行代码也可以看出来，直接使用&获取的地址一定是有问题的。所以通过上面的代码可以总结出来，&和std::addressof的不同主要在于对重载&的应用的不同。后者可以始终正确的获取对象的地址。或者可以这样理解，在没有重载&运算符的情况下，二者的功能是一致的，编译器会将其优化化相同的代码。不过，std::addressof不能用于不完整类型，且在C++17前不允许用于右值。
std::addressof理论是在可以排除前面的限制情况下都可以使用。但有几个典型的应用场景：

在模板编程中必须使用
&重载的情况下
确保获取准确的地址需求中
在处理无法主动控制的库或类型时

&的优势就在于代码简洁，清晰明了。所以如何选择二者，就看开发者对实际代码的了解程度了。在非上面几个典型的应用场景下，可以大胆的使用。能省一点是一点嘛。

五、例程

看一个cppreference上的例子：

#include<iostream>#include<memory>template<class T>structPtr{T*data;Ptr(T*arg):data(arg){}~Ptr(){delete data;}T**operator&(){return&data;}};template<class T>voidf(Ptr<T>*p){std::cout<<"Ptr overload called with p = "<<p<<'\n';}voidf(int**p){std::cout<<"int** overload called with p = "<<p<<'\n';}intmain(){Ptr<int>p(newint(42));f(&p);// calls int** overloadf(std::addressof(p));// calls Ptr<int>* overload}