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從匯編看c++中默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)的使用分析

 更新時(shí)間:2013年05月06日 10:07:42   作者:  
c++中,如果為一個(gè)類(lèi)沒(méi)有明確定義一個(gè)構(gòu)造函數(shù),那么,編譯器就會(huì)自動(dòng)合成一個(gè)默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)。下面,通過(guò)匯編程序,來(lái)看一下其真實(shí)情況

c++中的源程序:

復(fù)制代碼 代碼如下:

class X {
private:
    int i;
};

int main() {
    X x;
}


上面的類(lèi)X沒(méi)有定義構(gòu)造函數(shù),僅僅有一個(gè)int i。

下面為其匯編程序:

復(fù)制代碼 代碼如下:

; 7    : int main() {

    push    ebp;ebp為一個(gè)寄存器,總是指向一個(gè)函數(shù)調(diào)用堆棧的棧底,作為基址,用偏移量來(lái)訪(fǎng)問(wèn)該調(diào)用棧上的變量,但這里沒(méi)有任何變量要訪(fǎng)問(wèn),因此不起作用
    mov    ebp, esp;這兩句的作用是為了保存調(diào)用main之前堆棧的基址ebp的值,并將ebp指向main調(diào)用棧的棧底
    push    ecx;將寄存器ecx的值壓棧, 棧頂指針esp向前移動(dòng)4byte
               ;這句的作用,為即將要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象預(yù)留了4byte的空間,并向里面寫(xiě)入ecx的值

; 8    :     X x;
; 9    : }

    xor    eax, eax;eax也是一個(gè)寄存器,這里不起作用
    mov    esp, ebp;將棧頂指針移動(dòng)到push ecx前的位置,即釋放了4byte的空間
    pop    ebp;恢復(fù)基址到main調(diào)用之前的狀態(tài)
    ret    0;函數(shù)返回


通過(guò)匯編發(fā)現(xiàn),通過(guò)push ecx,編譯器將堆棧棧頂移動(dòng)4byte,并將寄存器的ecx的值寫(xiě)入,類(lèi)X只含有一個(gè)int,大小剛好為4byte,因此這一句可以看成是為對(duì)象x分配空間。而接下來(lái)并沒(méi)有任何函數(shù)的調(diào)用,來(lái)對(duì)這一塊區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)某跏蓟?。所以,在沒(méi)有明確定義一個(gè)構(gòu)造函數(shù)的時(shí)候,不會(huì)有任何的初始化操作。

下面再看一段c++程序:

復(fù)制代碼 代碼如下:

class X {
private:
    int i;
    int j;//增加一個(gè)成員變量int j
};

int main() {
    X x;
}


與上面相比,在類(lèi)X里面增加了一個(gè)成員變量int j,類(lèi)的大小變?yōu)?字節(jié)。

下面為對(duì)應(yīng)匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

; 8    : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 8; 棧頂指針移動(dòng)8byte,剛好等于類(lèi)X的大小

; 9    :     X x;
; 10   : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0


從匯編碼看出,通過(guò)sub esp,8指令,堆棧確實(shí)留出了8byte的空間,剛好等于類(lèi)X的大小,同樣沒(méi)有調(diào)用任何函數(shù),來(lái)進(jìn)行初始化操作。

所以,綜上所述,在一個(gè)類(lèi)沒(méi)有明確定義構(gòu)造函數(shù)的時(shí)候,編譯器不會(huì)有任何的函數(shù)調(diào)用來(lái)進(jìn)行初始化操作,僅僅是移動(dòng)棧頂留出對(duì)象所需空間,也就是說(shuō),這種情況下,編譯器根本不會(huì)提供默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)。

那么,書(shū)上說(shuō)的由編譯器提供默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)到底是怎么一回事呢?

下面看第一種情況,類(lèi)里面有虛成員函數(shù):

c++源碼如下:

復(fù)制代碼 代碼如下:

class X {
private:
    int i;
    int j;//增加一個(gè)成員變量int j
public:
    virtual ~X() {

    }
};


int main() {
    X x;
}


析構(gòu)函數(shù)為虛函數(shù)

下面是main函數(shù)對(duì)應(yīng)的匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

; 13   : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 為對(duì)象x預(yù)留12byte的空間,成員變量int i,int j占8byte,由于有虛函數(shù),因此vptr指針占4byte

; 14   :     X x;

    lea    ecx, DWORD PTR _x$[ebp];獲取x對(duì)象的首地址,存入ecx寄存器
    call    ??0X@@QAE@XZ;這里調(diào)用x的構(gòu)造函數(shù)

; 15   : }

    lea    ecx, DWORD PTR _x$[ebp];獲取對(duì)象x的首地址
    call    ??1X@@UAE@XZ                ; 調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0


可以看到,對(duì)象x的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用了,編譯器確實(shí)合成了默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)。

下面是構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

??0X@@QAE@XZ PROC                    ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx寄存器存有對(duì)象x的首地址
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];將對(duì)象x的首地址給寄存器eax
    mov    DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;這里設(shè)置vptr指針的值,指向vtable (OFFSET ??_7X@@6B@是獲得vtable的地址)
                                          ;并且通過(guò)這句,也可以證明vptr指針位于對(duì)象其實(shí)地址處
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

可以看到,由于有虛函數(shù),涉及到多態(tài),因此構(gòu)函數(shù)初始化了vptr指針,但是沒(méi)有為另外兩個(gè)變量int i,int j賦值。

從上面可以看出,類(lèi)里面含有虛函數(shù)時(shí),在沒(méi)有明確定義構(gòu)造函數(shù)時(shí),編譯器確實(shí)會(huì)為我們提供一個(gè)默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)。因此當(dāng)一個(gè)類(lèi)繼承自虛基類(lèi)時(shí),也滿(mǎn)足上面的情形。

接下來(lái)是第二種情形,類(lèi)Y繼承自類(lèi)X,X明確定義了一個(gè)默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)(并非編譯器提供),而類(lèi)Y不定義任何構(gòu)造函數(shù):

先來(lái)看看c++源碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

class X {
private:
    int i;
    int j;
public:
    X() {//X顯示定義的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
        i = 0;
        j = 1;
    }
};

class Y : public X{//Y繼承自X
private:
    int i;
};


int main() {
    Y y;
}


類(lèi)Y里面沒(méi)有顯示定義任何構(gòu)造函數(shù)

下面是main函數(shù)對(duì)應(yīng)的匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

; 19   : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 為對(duì)象y預(yù)留12byte空間,y自身成員變量int i占4byte 父類(lèi)中的成員變量int i int j占8byte

; 20   :     Y y;

    lea    ecx, DWORD PTR _y$[ebp];獲取對(duì)象y的首地址,存入寄存器ecx
    call    ??0Y@@QAE@XZ;調(diào)用對(duì)象y的構(gòu)造函數(shù)

; 21   : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0


main函數(shù)中調(diào)用了由編譯器提供的默認(rèn)y對(duì)象的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。

 下面是編譯器提供的y對(duì)象默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

??0Y@@QAE@XZ PROC                    ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中存有對(duì)象y的首地址
    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp]
    call    ??0X@@QAE@XZ                ; 調(diào)用父類(lèi)X的構(gòu)造函數(shù)
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0
??0Y@@QAE@XZ ENDP

可以看到y(tǒng)對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)又調(diào)用了父類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化繼承自父類(lèi)的成員變量,但自身成員變量依然沒(méi)有初始化。

下面是父類(lèi)X的構(gòu)造函數(shù)匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

; 7    :     X() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx; ecx中存有對(duì)象y的首地址

; 8    :         i = 0;

    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];對(duì)象y首地址給寄存器eax
    mov    DWORD PTR [eax], 0;初始化父類(lèi)中的變量i

; 9    :         j = 1;

    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp];對(duì)象y首地址給寄存器ecx
    mov    DWORD PTR [ecx+4], 1;初始化父類(lèi)中的變量j,在對(duì)象y的內(nèi)存空間中,從首地址開(kāi)始的8比特用來(lái)存儲(chǔ)繼承自父對(duì)象的成員變量,后4byte用來(lái)存儲(chǔ)自己的成員變量
                            ;由于首地址存儲(chǔ)了父類(lèi)成員變量i,因此內(nèi)存地址要從對(duì)象y的首地址要移動(dòng)4byte,才能找到父類(lèi)成員變量j所處位置

; 10   :     }

    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0


可以看到,y對(duì)象繼承自父類(lèi)的成員變量由父類(lèi)構(gòu)造函數(shù)初始化。父對(duì)象包含在子對(duì)象中,并且this指針,即寄存器ecx存儲(chǔ)的首地址始終是子對(duì)象y的首地址。

如果父類(lèi)X中也沒(méi)有定義任何構(gòu)造函數(shù)會(huì)怎樣?

下面是c++源碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

class X {
private:
    int i;
    int j;

   
};

class Y : public X{//Y繼承自X
private:
    int i;
};


int main() {
    Y y;
}


父類(lèi)和子類(lèi)都沒(méi)有任何構(gòu)造函數(shù)。

下面是main函數(shù)匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

; 16   : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 和剛才一樣,為對(duì)象y預(yù)留12byte

; 17   :     Y y;
; 18   : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0


可以看到main中根本沒(méi)有任何函數(shù)的調(diào)用,也就是說(shuō),編譯器沒(méi)有為子對(duì)象y提供默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。

那么,要是父類(lèi)中帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù),而子類(lèi)中沒(méi)有構(gòu)造函數(shù)呢?這時(shí)候編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。

下面看第三種情況,類(lèi)Y中包含成員對(duì)象X,成員對(duì)象有顯示定義的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù),而類(lèi)Y沒(méi)有任何構(gòu)造函數(shù):

先看c++源碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

; 16   : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 和剛才一樣,為對(duì)象y預(yù)留12byte

; 17   :     Y y;
; 18   : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0


類(lèi)X為類(lèi)Y的成員對(duì)象
下面是main函數(shù)的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:

; 21   : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 為對(duì)象y預(yù)留12byte 成員對(duì)象的變量占8byte 對(duì)象y自身占變量占4byte 成員對(duì)象包含在對(duì)象y中

; 22   :     Y y;

    lea    ecx, DWORD PTR _y$[ebp];對(duì)象y的首地址存入ecx
    call    ??0Y@@QAE@XZ;調(diào)用對(duì)象y的構(gòu)造函數(shù),由編譯器提供的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)

; 23   : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp

    pop    ebp
    ret    0


對(duì)象y的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用,即編譯器提供了默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)

對(duì)象y的構(gòu)造函數(shù)匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

??0Y@@QAE@XZ PROC                    ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中存有對(duì)象y的首地址
    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp]
    add    ecx, 4;加4是因?yàn)閷?duì)象y首地址起始處存儲(chǔ)的是自身成員變量i
    call    ??0X@@QAE@XZ                ; 調(diào)用成員對(duì)象x的構(gòu)造函數(shù)
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

對(duì)象y的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用了成員對(duì)象x的構(gòu)造函數(shù),用來(lái)初始化成員對(duì)象中的成員變量,對(duì)象y自身的成員變量沒(méi)有初始化。

成員對(duì)象x的構(gòu)造函數(shù)匯編碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

??0X@@QAE@XZ PROC                    ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx

; 7    :     X() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中存有成員對(duì)象x的起始地址

; 8    :         i = 0;

    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];成員對(duì)象x的起始地址給eax寄存器
    mov    DWORD PTR [eax], 0;初始化成員對(duì)象x中額成員變量i

; 9    :         j = 0;

    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp];成員對(duì)象x的起始地址給ecx寄存器
    mov    DWORD PTR [ecx+4], 0;初始化成員對(duì)象x中額成員變量j 加4的原因是j的地址偏離了成員對(duì)象x起始地址4byte(即成員對(duì)象x的成員變量i的字節(jié)數(shù))

; 10   :     }

    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0


但是,如果成員對(duì)象x也沒(méi)有任何構(gòu)造函數(shù),情形會(huì)怎樣呢?

下面是c++源碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

class X {
private:
    int i;
    int j;

   
};

class Y {
private:
    int i;
    X x;//x成員對(duì)象
};


int main() {
    Y y;
}


下面是main函數(shù)匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:

; 17   : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 為對(duì)象預(yù)留12byte空間

; 18   :     Y y;
; 19   : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0


可以看到,main函數(shù)里面沒(méi)有任何函數(shù)調(diào)用,也就是說(shuō)編譯器沒(méi)有提供默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。

那要是成員對(duì)象x有帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)(即非默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)),而對(duì)象y沒(méi)有任何構(gòu)造函數(shù)呢?此時(shí),編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。

這種情形和前一種情形很相似。

綜合以上的情況,可以總結(jié)出,對(duì)于一個(gè)類(lèi)不含任何構(gòu)造函數(shù),而編譯器會(huì)提供默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù),有一下3種情形:

1 類(lèi)本身函數(shù)虛成員函數(shù)或者繼承自虛基類(lèi)

2 類(lèi)的基類(lèi)有構(gòu)造函數(shù),并且基類(lèi)構(gòu)造函數(shù)還是顯示定義的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)(非編譯器提供),若基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)帶有參數(shù)(即非默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)),編譯器報(bào)錯(cuò)

這種情況和上一種相似,類(lèi)的成員對(duì)象有構(gòu)造函數(shù),并且成員對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)還是顯示定義的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)(非編譯器提供);若成員對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)帶有參數(shù)(即非默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)),編譯器報(bào)錯(cuò)。

 

以上參考了《VC++深入詳解》里面的知識(shí)點(diǎn),還有自己的分析,歡迎指正

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    2022-07-07

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