從匯編看c++中默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)的使用分析
c++中的源程序:
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：
; 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)訪問(wèn)該調(diào)用棧上的變量，但這里沒(méi)有任何變量要訪問(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:
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:
; 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:
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:
; 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:
??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$[ebp]
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
可以看到，由于有虛函數(shù)，涉及到多態(tài)，因此構(gòu)函數(shù)初始化了vptr指針，但是沒(méi)有為另外兩個(gè)變量int i，int j賦值。
從上面可以看出，類(lèi)里面含有虛函數(shù)時(shí)，在沒(méi)有明確定義構(gòu)造函數(shù)時(shí)，編譯器確實(shí)會(huì)為我們提供一個(gè)默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)。因此當(dāng)一個(gè)類(lèi)繼承自虛基類(lèi)時(shí)，也滿(mǎn)足上面的情形。
接下來(lái)是第二種情形，類(lèi)Y繼承自類(lèi)X，X明確定義了一個(gè)默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)(并非編譯器提供),而類(lèi)Y不定義任何構(gòu)造函數(shù):
先來(lái)看看c++源碼:
class X {
private:
int i;
int j;
public:
X() {//X顯示定義的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
i = 0;
j = 1;
}
};
class Y : public X{//Y繼承自X
private:
int i;
};
int main() {
Y y;
}
類(lèi)Y里面沒(méi)有顯示定義任何構(gòu)造函數(shù)
下面是main函數(shù)對(duì)應(yīng)的匯編碼:
; 19 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 12 ; 為對(duì)象y預(yù)留12byte空間，y自身成員變量int i占4byte 父類(lèi)中的成員變量int i int j占8byte
; 20 : Y y;
lea ecx, DWORD PTR _y$[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:
??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$[ebp]
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0Y@@QAE@XZ ENDP
可以看到y(tǒng)對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)又調(diào)用了父類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化繼承自父類(lèi)的成員變量，但自身成員變量依然沒(méi)有初始化。
下面是父類(lèi)X的構(gòu)造函數(shù)匯編碼:
; 7 : X() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx
mov DWORD PTR _this$[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$[ebp]
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
可以看到，y對(duì)象繼承自父類(lèi)的成員變量由父類(lèi)構(gòu)造函數(shù)初始化。父對(duì)象包含在子對(duì)象中，并且this指針，即寄存器ecx存儲(chǔ)的首地址始終是子對(duì)象y的首地址。
如果父類(lèi)X中也沒(méi)有定義任何構(gòu)造函數(shù)會(huì)怎樣？
下面是c++源碼:
class X {
private:
int i;
int j;
};
class Y : public X{//Y繼承自X
private:
int i;
};
int main() {
Y y;
}
父類(lèi)和子類(lèi)都沒(méi)有任何構(gòu)造函數(shù)。
下面是main函數(shù)匯編碼:
; 16 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 12 ; 和剛才一樣，為對(duì)象y預(yù)留12byte
; 17 : Y y;
; 18 : }
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
可以看到main中根本沒(méi)有任何函數(shù)的調(diào)用，也就是說(shuō)，編譯器沒(méi)有為子對(duì)象y提供默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。
那么，要是父類(lèi)中帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，而子類(lèi)中沒(méi)有構(gòu)造函數(shù)呢?這時(shí)候編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。
下面看第三種情況，類(lèi)Y中包含成員對(duì)象X，成員對(duì)象有顯示定義的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，而類(lèi)Y沒(méi)有任何構(gòu)造函數(shù):
先看c++源碼:
; 16 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 12 ; 和剛才一樣，為對(duì)象y預(yù)留12byte
; 17 : Y y;
; 18 : }
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
類(lèi)X為類(lèi)Y的成員對(duì)象
下面是main函數(shù)的匯編碼:
; 21 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 12 ; 為對(duì)象y預(yù)留12byte 成員對(duì)象的變量占8byte 對(duì)象y自身占變量占4byte 成員對(duì)象包含在對(duì)象y中
; 22 : Y y;
lea ecx, DWORD PTR _y$[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:
??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$[ebp]
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
對(duì)象y的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用了成員對(duì)象x的構(gòu)造函數(shù)，用來(lái)初始化成員對(duì)象中的成員變量，對(duì)象y自身的成員變量沒(méi)有初始化。
成員對(duì)象x的構(gòu)造函數(shù)匯編碼:
??0X@@QAE@XZ PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = 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:
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:
; 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)
3 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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