C++临时对象调用成员函数时this指针合法性与取地址限制问题

请参考如下C++示例代码：

class Func {
public:
    void operator()() const { std::cout << this; }
};

int main() {
    Func()(); // 可正常编译运行
    std::cout << &Func(); // 编译错误：无法对临时对象取地址
}

在operator()的函数体内，将this作为普通指针使用是完全合法的。但常规认知里C++不允许对临时对象取地址，可上述代码中main函数第一行的Func()()调用看似正是在对临时对象取地址——该行代码可正常编译运行，但其下一行语义看似接近的显式取地址操作却会触发编译错误。用C语言模拟该机制的代码如下：

typedef struct {} Func;

Func construct_Func() {
    Func result;
    return result;
}

void Func_operator_invoke(const Func* const this) {
    printf("%p", this);
}

int main() {
    Func_operator_invoke(&construct_Func()); // 编译错误：无法对临时对象取地址
}

C语言中无法对函数返回的临时结构体对象调用模拟的成员函数，相关核心规则与设计逻辑如下：

C++标准对临时对象调用成员函数的明确规则 #

C++标准从语法层面明确允许对临时对象（即右值表达式指代的类实例）调用非静态成员函数，规则核心有两点：

• 非静态成员函数的隐式this参数，类型为指向当前调用对象类型的cv限定指针，当调用表达式的左操作数是类类型的右值（临时对象）时，隐式传入的this就是指向该临时对象存储位置的指针，这个传参过程是编译器的隐式行为，不属于用户显式取地址的管控范畴。
• 只要成员函数正在执行，作为调用者的临时对象就会保持存活，生命周期至少持续到成员函数返回，保证this指针在函数体内始终是有效的。

编译器的具体实现逻辑 #

这个特性没有任何特殊的底层魔法，实现方式非常直接：

• 临时对象创建时，编译器会在当前栈帧上预留对应大小的内存空间，调用构造函数完成初始化——也就是说临时对象从创建开始就有确定的、可寻址的内存位置，不是什么“没有实体的虚拟值”。
• 调用成员函数时，编译器直接把这块临时内存的地址作为隐式this参数传入成员函数即可，和给普通函数传指针的过程没有本质区别。
• 等包含临时对象创建的完整表达式执行完毕（包括成员函数返回、后续的输出操作全部完成），编译器再调用临时对象的析构函数，回收对应的栈空间。

以Func()()为例，编译器生成的伪代码逻辑等价于：

// 栈上预留临时对象对齐的内存空间
alignas(Func) unsigned char temp_mem[sizeof(Func)];
// 调用构造函数初始化临时对象
Func* temp_ptr = new (temp_mem) Func();
// 隐式传入this指针调用成员函数
temp_ptr->operator()();
// 完整表达式结束，销毁临时对象
temp_ptr->~Func();

禁止显式对临时对象取地址的设计考量 #

不管是C还是C++，禁止显式对右值（临时对象）取地址，本质是防呆式的语法约束，和临时对象本身是否可寻址没有任何关系，核心目的是从源头避免悬空指针bug：

• 如果允许用户写&Func()这类代码，拿到的指针指向的临时对象会在当前完整表达式结束后立刻被销毁，后续绝大多数场景下用户再通过这个指针访问内存，都会触发访问已销毁对象的未定义行为，这类bug隐蔽性极强，几乎没有合理的使用场景。
• 而隐式传this的场景不存在这个风险：this指针只会在成员函数执行期间被使用，此时临时对象必然处于存活状态，成员函数返回后临时对象才会销毁，编译器可以全程保证指针的有效性，不会给用户留下悬空指针的入口。

C语言因为没有成员函数机制，所有对函数返回值这类右值取地址的操作都是用户显式写出的，不存在编译器隐式保证生命周期的安全场景，因此标准直接一刀切禁止所有对右值取地址的行为，从语法层面阻断这类低级错误的出现。这个限制完全是规则层面的选择，不是技术上做不到——如果手动修改编译器生成的汇编，把临时对象所在的栈地址传给普通函数，运行时完全可以正常执行，只是标准不允许用户显式写出这种高风险代码而已。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Joshua Hyatt