C++中std::addressof有什么特殊用途_C++获取被重载运算符对象的地址【深挖】

std::addressof用于绕过operator&重载获取对象真实内存地址；常见于自定义分配器、vector::data()、调试打印及模板库中，仅适用左值且需配合std::launder确保placement new后指针合法性。

std::addressof 用来绕过 operator& 的重载

当一个类重载了 operator&，直接对对象取地址（&obj）会调用该重载函数，而非返回真实内存地址。这在智能指针、容器内部、序列化或底层内存操作中极易引发错误——你以为拿到的是地址，实际拿到的是重载返回的任意值。std::addressof 的唯一目的就是无视重载，强制获取对象在内存中的真实地址。

哪些场景下不用它就会出问题

常见于以下情况：

• 实现自定义分配器时，需将对象地址传给 malloc 或 placement new，但对象类型重载了 operator& → 直接 &obj 可能返回 nullptr 或非法指针
• 用 std::vector::data() 或 std::span 构造时，若元素类型重载 &，底层可能误用重载结果而非真实地址
• 调试时打印“真实地址”：printf("%p", (void*)&obj) 在重载存在时行为未定义；应改用 printf("%p", (void*)std::addressof(obj))
• 某些模板库（如 Boost.Container）内部大量依赖 std::addressof 来规避用户重载干扰

std::addressof 的实现原理和限制

它本质是通过 reinterpret_cast + 引用折叠绕过重载：先取引用（不触发 operator&），再转为指针。标准实现类似：

template<class T> constexpr T* addressof(T& arg) noexcept {     return reinterpret_cast<T*>(         &const_cast<char&>(reinterpret_cast<const volatile char&>(arg))     ); }

注意：

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• 仅适用于左值（std::addressof(42) 编译失败）
• 不能用于位域成员（std::addressof(obj.bitfield) 无效）
• 对 const volatile 对象也安全，但返回的是 T*，不是 const T* —— 类型转换由调用者负责
• 性能无开销，纯编译期计算，所有主流编译器都内联为一条取址指令

容易忽略的坑：与 std::launder 混用时的边界

在 placement new 后，若对象被重载 operator&，仅用 std::addressof 不足以保证指针合法性——还需 std::launder 告诉编译器该地址上存在新对象。例如：

char buf[sizeof(MyClass)]; MyClass* p = new(buf) MyClass; // 错误：即使没重载 &，p 也可能被优化掉 auto raw_ptr = std::addressof(*p); // 得到 buf 起始地址 auto laundered = std::launder(raw_ptr); // 必须加这一层

只用 std::addressof 拿到地址，不代表你能合法访问那个位置的对象；重载 & 是地址获取问题，而对象生命周期/别名规则是另一层约束。