C++11的std::addressof源码解析

Posted 2021-06-28 彼 方

C++11的std::addressof源码解析

• 1、源码准备
• 2、std::addressof简介
• 3、std::addressof源码解析
• 4、总结

1、源码准备

本文是基于gcc-4.9.0的源代码进行分析，std::addressof是C++11才加入标准的，所以低版本的gcc源码是没有这个的，建议选择4.9.0或更新的版本去学习，不同版本的gcc源码差异应该不小，但是原理和设计思想的一样的，下面给出源码下载地址
http://ftp.gnu.org/gnu/gcc

2、std::addressof简介

std::addressof的作用是获取一个对象的实际地址，即使这个对象的&操作符已被重载。它接受一个参数，该参数为要获得地址的那个对象的引用。下面通过一个极其简单的例子了解一下std::addressof的使用方法

#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>

class Test
{
public:
    int* operator&()
    {
        return &b;
    }

    int* a_addr()
    {
        return &a;
    }

    int* b_addr()
    {
        return &b;
    }

private:
    int a;
    int b;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    Test t;
    std::cout << "&t.a:" << t.a_addr() << std::endl;
    std::cout << "&t.b:" << t.b_addr() << std::endl;
    std::cout << "&t:" << &t << std::endl;
    std::cout << "addressof(t):" << std::addressof(t) << std::endl;
}

上面的代码输出结果为：

&t.a:0x7ffefcb48eb0
&t.b:0x7ffefcb48eb4
&t:0x7ffefcb48eb4
addressof(t):0x7ffefcb48eb0

在这里正常来说使用&t应该取到的是t.a的地址值才对，但是由于我们重载了&运算符，所以这里取到了t.b的地址值，但是如果使用了std::addressof，就可以取到正确的值了。

3、std::addressof源码解析

std::addressof位于libstdc++-v3\\include\\bits\\move.h中

template<typename _Tp>
inline _Tp* __addressof(_Tp& __r) _GLIBCXX_NOEXCEPT
{
    return reinterpret_cast<_Tp*>(&const_cast<char&>(reinterpret_cast<const volatile char&>(__r)));
}

template<typename _Tp>
inline _Tp* addressof(_Tp& __r) noexcept
{ return std::__addressof(__r); }

从代码中可以看出std::addressof里面调用了std::__addressof，所以真正起作用的是std::__addressof。__addressof的处理过程可以分为以下四步：

1. 将__r由类型_Tp&强制转换为const volatile char&，这样做有两个作用：一是防止后面使用&操作符获取地址时触发原类型(即_Tp)的重载操作(operator&)，就像上面那个例子那样；二是reinterpret_cast操作符总是可以合法的在原类型的基础上加const或volatile, 但是如果_Tp原来就带有const或volatile的话, 通过reinterpret_cast去掉是不允许的, 因此需要加上const volatile来避免编译器报错, 也就是此时不用再管_Tp是否本来就带有const或volatile属性了。
2. 将前面转换得到的结果强制转换为char&类型，此时如果转换成其它类型有可能会触发强制地址对齐的操作，这样的话真实地址就有可能会被改变了，最终造成程序错误。需要注意的是这个转换过程使用的是const_cast，可以顺便将前面留下的const和volatile属性给去掉了。
3. 使用&符号将前面的结果的地址给取出来（此时已经不会触发重载了）
4. 最后一步使用reinterpret_cast将前面获取到的地址转换回_Tp*类型，并且此时也会保留_Tp的const或volatile属性（如果有的话）

4、总结

本文通过一个简单的例子和源码介绍了C++11新引入的模板函数std::addressof，内容虽然比较简单，但是考虑到std::addressof在标准库中使用频率是比较高的，所以我们还是应该掌握其原理和用法。
最后需要注意的一点就是std::addressof并不保证转换的正确性和合理性，这个是需要程序员自己把控的，虽然标准库使用std::addressof的频率比较高，但是我们平时在编程中还是得谨慎一点使用它。