&C::c 和 &(C::c) 有什么区别？

Question

下面的测试代码，我将输出信息放在注释中。 我使用的是 gcc 4.8.5 和 Centos 7.2。

#include <iostream>
#include <cstdio>

class C 
{
    public:
        void foo() {
            printf("%p, %p\n", &C::c, &(C::c)); // output value is 0x4, 0x7ffc2e7f52e8
            std::cout << &C::c << std::endl;    // output value is 1
        }
        int a;
        int c;
};

int main(void)
{
    C co;

    printf("%p\n", &C::c);              // output value is 0x4
    std::cout << &C::c << std::endl;    // output value is 1

//    printf("%p\n", &(C::c));   // compile error, invalid use of non-static data member 'C::c'

    co.foo();

    return 0;
}

1. 根据C++ operator Precedence，:: 运算符的优先级高于& 运算符。我认为&C::c 等于&(C::c)，但输出却不然。为什么它们不同？
2. &(C::c) 在 main 中导致编译错误，而在 foo 函数中却没有，这是为什么呢？
3. printf 和std::cout 中&C::c 的值不同，这是为什么呢？

Answer 1

C++ 区分& 运算符的两种形式的操作数，一般是左值，特别是（限定）标识符。在&C::c 中，& 的操作数是限定标识符（即只是一个名称），而在&(C::c) 中，操作数是一个通用表达式（因为( 不能是名称的一部分）。

限定标识符形式有一个特殊情况：如果它引用一个类的非静态成员（如您的C::c），& 返回一个称为“指向 C 成员的指针”的特殊值。见here for more information about member pointers。

在&(C::c) 中没有特殊情况。 C::c 正常解析并失败，因为没有对象可以获取 c 成员。至少 main 是这样的；在C 的方法中（比如你的foo）有一个隐含的this 对象，所以C::c 实际上意味着this->c 那里。

至于为什么printf 与cout 的输出不同：当您尝试使用<< 打印成员指针时，它会隐式转换为bool，如果它是a，则产生false空指针和true 否则。 false 打印为0； true 打印为 1。你的成员指针不为空，所以你得到1。这与普通指针不同，后者隐式转换为void * 并打印为地址，但成员指针不能转换为void *，因此operator<< 的唯一适用重载是bool 的重载。见https://en.cppreference.com/w/cpp/io/basic_ostream/operator_ltlt#Notes。

请注意，从技术上讲，您的 printf 调用具有未定义的行为。 %p 接受 void * 并且您正在向它传递不同类型的指针。在正常的函数调用中，从T * 到void * 的自动转换会起作用，但printf 是一个变量参数函数，它不为其参数列表提供类型上下文，因此您需要手动转换：

printf("%p\n", static_cast<void *>(&(C::c)));

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标准的相关部分是[expr.unary.op]，说：

一元& 运算符的结果是指向其操作数的指针。 操作数应为左值或qualified-id。如果操作数是一个 qualified-id 命名某个类 C 的非静态或变体成员 m，类型为 T，则结果类型为“指向类成员的指针 @987654366 @ 类型为 T”，是指定 C​::​m 的纯右值。 否则，如果表达式的类型是T，则结果的类型为“指向T”的指针[...]

Answer 2

虽然表达式 &C::c 产生指向成员 c 的指针，但表达式 &(C::c) 产生成员变量 c 的地址。您在输出中看到的不同之处在于 std::cout 涉及一个 bool 隐式转换，它告诉您指针是否为空。

由于&C::c 实际上不是null，因此隐式转换为bool，其值为true 或1

Answer 3

Q1：& 后面跟一个不带括号的qualified-id 的语法有特殊含义。这意味着形成一个指向成员的指针。此外，没有其他方法可以形成指向成员的指针。 C++17 [expr.unary.op]/4 涵盖了这一点：

只有在使用显式& 并且它的操作数是一个没有括在括号中的qualified-id 时，才会形成指向成员的指针。 [注意：也就是说，表达式&(qualified-id)，其中qualified-id 括在括号中，不会形成“指向成员的指针”类型的表达式。 qualified-id [...]

也没有

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Q3：在您编写printf("%p\n", &C::c); 的两种情况下，&C::c 都是指向成员的指针。 %p 格式说明符仅适用于 void *，因此这会导致未定义的行为，并且程序输出毫无意义。

代码cout << &C::c; 通过operator<<(bool val) 输出指向成员的指针，因为存在从指向成员的指针到bool 的隐式转换（在所有情况下都产生true），请参阅[conv.布尔]/1.

如需进一步讨论如何打印指向成员的指针，请see this answer。

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Q2： 代码&(C::c) 没有形成如上所述的指向成员的指针。

现在，代码C::c 属于语法类别id-expression。 （即 qualified-id 和 unqualified-id）。 id-expression 对其使用有一些限制，[expr.prim.id]/1:

只能使用表示类的非静态数据成员或非静态成员函数的 id-expression：

• 作为类成员访问的一部分，其中对象表达式引用成员的类或从该类派生的类，或
• 形成指向成员的指针 (7.6.2.1)，或
• 如果该 id 表达式表示非静态数据成员并且它出现在未计算的操作数中。

当我们在 C::foo 函数中时，第一个要点适用。代码与&c 相同，但有不必要的限定。这有类型int *。您可以使用std::cout << &(C::c); 输出它，这将显示内存地址，即this->c 的地址。

当我们在 main 函数中时，三个要点都不适用，因此 &(C::c) 格式不正确。

Answer 4

首先，您不能在课堂外使用&(C::c) 访问int c。 &(C::c) 表示实例C 的“c”的内存地址，这里有点&(this->c)。但是，您的 c 不是 C 类的静态成员，也没有 C 实例。你也不能在外面访问int x = C::c。

所以你会看到一个错误：

//    printf("%p\n", &(C::c));   // compile error, invalid use of non-static data member 'C::c'

如果你有static int c，那么类外的C::c就可以了，因为这里不需要实例。

让我们运行

#include <iostream>
#include <cstdio>

class C
{
    public:
        void foo() {
            printf("%p, %p, this=%p\n", &C::c, &(C::c), this);
        }
        int a;
        int c;
};

int main(void)
{
    C co;
    co.foo();
    return 0;
}

输出是：

0x4, 0x7ffee78e47f4, this=0x7ffee78e47f0
// 0x4 + this == 0x7ffee78e47f4
// see reference

对于std::out：<< &C::c 被隐式转换为bool，所以true 是1 你看到的。您可以将&C::c 视为an offset of c in C，没有C 实例将无法使用。

就是这样。

一些参考：C++: Pointer to class data member "::*"

完整描述：https://en.cppreference.com/w/cpp/language/pointer