從匯編看c++中多態(tài)的應(yīng)用
更新時(shí)間：2013年05月23日 14:36:58 作者：
本篇文章是對(duì)c++中多態(tài)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹，需要的朋友參考下
在c++中，當(dāng)一個(gè)類含有虛函數(shù)的時(shí)候，類就具有了多態(tài)性。構(gòu)造函數(shù)的一項(xiàng)重要功能就是初始化vptr指針，這是保證多態(tài)性的關(guān)鍵步驟。
構(gòu)造函數(shù)初始化vptr指針
下面是c++源碼:
class X {
private:
int i;
public:
X(int ii) {
i = ii;
}
virtual void set(int ii) {//虛函數(shù)
i = ii;
}
};
int main() {
X x(1);
}
下面是對(duì)應(yīng)的main函數(shù)匯編碼:
_main PROC
; 16 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 8;為對(duì)象x預(yù)留8byte空間 vptr指針占4字節(jié) 成員變量i占4byte
; 17 : X x(1);
push 1;//將1壓棧，作為參數(shù)傳遞給構(gòu)造函數(shù)
lea ecx, DWORD PTR _x$[ebp];//獲取x的首地址，即this指針，作為隱含參數(shù)傳遞給構(gòu)造器
call ??0X@@QAE@H@Z ; 為x調(diào)用構(gòu)造器
; 18 : }
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_main ENDP
從匯編碼可以看到，由于類X具有虛函數(shù)，main函數(shù)在棧上為對(duì)象x預(yù)留了8byte的空間，用來存放vptr指針和成員變量i。
下面是x的構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:
??0X@@QAE@H@Z PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
; 5 : X(int ii) {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧ecx的目的是為了給this指針(x對(duì)象首地址)預(yù)留4byte的空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將this指針存儲(chǔ)到剛才預(yù)留的空間里 ecx里面存放了x的首地址
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x的首地址給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將??_7X@@6B@的偏移地址(即vtable的首地址)放到x對(duì)象的首地址指向的內(nèi)存儲(chǔ) 這里就是初始化vptr指針
; 6 : i = ii;
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將x首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR _ii$[ebp];將參數(shù)ii的值給寄存器edx
mov DWORD PTR [ecx+4], edx;將寄存器eax的值寫入偏移x首地址4byte處的內(nèi)存，即給x的成員變量i賦值
; 7 : }
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x對(duì)象首地址給寄存器eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 4
??0X@@QAE@H@Z ENDP
從代碼中可以看出來，編譯器確實(shí)暗中插入了代碼，來用vtable的首地址初始化vptr指針，并且vptr指針位于對(duì)象首地址處。
如果類有繼承關(guān)系，構(gòu)造函數(shù)又如何初始化vptr指針呢？
下面是c++源碼:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f() {}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
};
int main() {
Y y;
}
下面是main函數(shù)中的匯編碼:
_main PROC
; 16 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 12 ; 為對(duì)象y預(yù)留12 byte的空間 vptr指針4byte 父類成員變量4byte 子類成員變量4byte
; 17 : Y y;
lea ecx, DWORD PTR _y$[ebp];獲取對(duì)象y的首地址(即this指針),作為隱含參數(shù)傳遞給構(gòu)造函數(shù)
call ??0Y@@QAE@XZ;調(diào)用y的構(gòu)造函數(shù) 雖然y沒有顯示定義構(gòu)造函數(shù)，但由于其含有虛成員函數(shù)，編譯器提供默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
; 18 : }
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_main ENDP
下面是子類構(gòu)造函數(shù)匯編碼:
??0Y@@QAE@XZ PROC ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;//壓棧ecx的目的是存放this指針
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將this指針(即對(duì)象首地址)放到剛才預(yù)留空間 ecx里面存放對(duì)象首地址
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將對(duì)象首地址給ecx 作為隱含參數(shù)傳遞給父類構(gòu)造函數(shù)
call ??0X@@QAE@XZ;調(diào)用父類構(gòu)造函數(shù)
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將y的首地址給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Y@@6B@;將y的vtable(??_7Y@@6B@)首地址賦給y對(duì)象首地址所指內(nèi)存 即初始化子類vptr指針
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將y首地址給eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0Y@@QAE@XZ ENDP
下面是父類構(gòu)造函數(shù)匯編碼:
??0X@@QAE@XZ PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧的目的是為了存放this指針(父對(duì)象對(duì)象首地址)預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將父對(duì)象對(duì)象首地址(ecx中保存)放入剛才預(yù)留空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象首地址給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將vtable(??_7X@@6B@ 和子類不同)首地址賦給父對(duì)象首地址處的內(nèi)存 即初始化父對(duì)象的vptr指針
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象的首地址傳給eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0X@@QAE@XZ ENDP
從上面子類和父類的構(gòu)造函數(shù)匯編碼可以看出來，子對(duì)象包含父對(duì)象，在構(gòu)造子對(duì)象的時(shí)候先構(gòu)造父對(duì)象(子對(duì)象構(gòu)造函數(shù)先調(diào)用父對(duì)象構(gòu)造函數(shù))。而且父對(duì)象的首地址和子對(duì)象的首地址一樣(通過匯編碼中ecx傳遞的值可以看出來)，因此父對(duì)象和子對(duì)象的vptr指針位于同一處。所以，在構(gòu)造對(duì)象的構(gòu)成中，vptr指針先被初始化指向父對(duì)象的vtable首地址(在父對(duì)象構(gòu)造函數(shù)中)，最后又被初始化為指向子對(duì)象的vtable首地址(在子對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)中)。因此，在涉及繼承的時(shí)候，vptr指針的值由最后調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)決定。
在構(gòu)造函數(shù)調(diào)用虛函數(shù)機(jī)制失效，也就是說，在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)總是本地版本(析構(gòu)函數(shù)中也是一樣)
c++源碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f(int ii) {
i = ii;
}
X() {
f(1);
}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
public:
virtual void f(int ii) {
j = ii;
}
Y() {
f(2);
}
};
int main() {
Y y;
}
下面主要來看父類X和子類Y中的構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:
子類Y的構(gòu)造函數(shù)匯編碼:
??0Y@@QAE@XZ PROC ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx
; 20 : Y() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧的目的是為存放this指針(在ecx寄存器里面存放了子對(duì)象首地址)預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將子對(duì)象首地址存入剛才預(yù)留空間
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將子類首地址作為隱含參數(shù)傳給父對(duì)象構(gòu)造器(子對(duì)象首地址和父對(duì)象首地址一樣)
call ??0X@@QAE@XZ ; 調(diào)用父類構(gòu)造器
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址傳給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Y@@6B@;將子對(duì)象的vtable首地址存到子對(duì)象首地址所指向的內(nèi)存，即初始化子對(duì)象的vptr指針
; 21 : f(2);
push 2;將2壓棧，作為參數(shù)調(diào)用函數(shù)f，這里，子對(duì)象調(diào)用的是自己的函數(shù)f
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址傳給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給成員函數(shù)f
call ?f@Y@@UAEXH@Z ; 調(diào)用子對(duì)象中的f函數(shù)
; 22 : }
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址給寄存器eax，作為返回值。構(gòu)造器總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0Y@@QAE@XZ ENDP ; Y::Y
父類X構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:
??0X@@QAE@XZ PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
; 8 : X() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧的目的是存放父對(duì)象首地址預(yù)留空間 父對(duì)象首地址和子對(duì)象首地址一樣
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx里面存放父對(duì)象首地址，傳給剛才預(yù)留的空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象首地址傳給eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將父對(duì)象的vtable首地址寫入父對(duì)象首地址所指向的內(nèi)存 即初始化父對(duì)象的vptr指針
; 9 : f(1);
push 1;將1壓棧，作為參數(shù)調(diào)用函數(shù)f 這里調(diào)用時(shí)父對(duì)象的版本
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象首地址作為隱含參數(shù)傳給f
call ?f@X@@UAEXH@Z ; 調(diào)用函數(shù)f
; 10 : }
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象首地址傳給eax作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0X@@QAE@XZ ENDP
從匯編碼中可以看到，構(gòu)造函數(shù)中確實(shí)不存在虛機(jī)制，都只調(diào)用本地版本的函數(shù)
析構(gòu)函數(shù)
析構(gòu)函數(shù)在執(zhí)行的時(shí)候，會(huì)先將vptr指針初始化為當(dāng)前類的虛表vtable首地址，但是如果析構(gòu)函數(shù)時(shí)編譯器提供非無用的默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)，則不會(huì)有vptr指針的初始化操作:
c++源碼:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void set(int ii) {
i = ii;
}
~X() {}
};
class Y : public X {
private:
int i;
};
int main() {
Y y;
}
類Y析構(gòu)函數(shù)匯編碼:
??1Y@@QAE@XZ PROC ; Y::~Y, COMDAT
; _this$ = ecx
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;為傳進(jìn)來的y對(duì)象首地址預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中保存y對(duì)象首地址，存到剛才空間中
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將y對(duì)象首地址(y對(duì)象包含父對(duì)象，他們的首地址一樣)傳給ecx，作為隱含參數(shù)傳地址類X的析構(gòu)函數(shù)
call ??1X@@QAE@XZ ; 調(diào)用類X的析構(gòu)函數(shù)
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??1Y@@QAE@XZ ENDP
從匯編碼可以看到，編譯器為y對(duì)象提供了非無用的默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)，用來調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)，但是在y對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)里面，并沒有初始化y對(duì)象vptr指針指向類Y的虛表vtable的操作。
下面是類X的析構(gòu)函數(shù)匯編碼:
??1X@@QAE@XZ PROC ; X::~X, COMDAT
; _this$ = ecx
; 9 : ~X() {}
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;為傳進(jìn)來的父對(duì)象的首地址預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;為將傳進(jìn)來的父對(duì)象首地址存放到剛才空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];父對(duì)象首地址給eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將父類vtable首地址給父對(duì)象首地址處的內(nèi)存 即初始化父對(duì)象中的vptr指針
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??1X@@QAE@XZ ENDP
父類的析構(gòu)函數(shù)有初始化vptr的操作。
抽象基類
c++源碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f() = 0;//純虛函數(shù)
X() {
i = 1;
}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
public:
virtual void f() {
j = 2;
}
};
int main() {
Y y;
}
只看父類X的構(gòu)造函數(shù)和子類Y的構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:
子類Y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;為保存子對(duì)象首地址預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將ecx(里面存放子對(duì)象首地址)的值放到剛才的空間
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址傳給ecx，作為隱含參數(shù)(this指針)調(diào)用父對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)
call ??0X@@QAE@XZ ; 調(diào)用父對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址給eax t
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Y@@6B@;將子對(duì)象的vtable首地址存到子對(duì)象首地址所指向的內(nèi)存，即初始化子對(duì)象的vptr
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象的首地址給eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0Y@@QAE@XZ ENDP
父類X構(gòu)造函數(shù)匯編碼:
??0X@@QAE@XZ PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
; 6 : X() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧的目的就是為存儲(chǔ)父對(duì)象首地址(即this指針)預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將父對(duì)象首地址存到剛才的空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象的首地址傳給eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將父對(duì)象的vtable(由于父類為抽象類，其vtable不完全，即里面沒有存放純虛函數(shù)的地址，只為其保留了一個(gè)位置)首地址存到父對(duì)象首地址所指的內(nèi)存 即初始化父對(duì)象的vptr指針
; 7 : i = 1;
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象的首地址給ecx
mov DWORD PTR [ecx+4], 1;將1存到偏移父對(duì)象首地址4byte處，即給父對(duì)象的成員變量i賦值
; 8 : }
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];父對(duì)象的首地址給eax 作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0X@@QAE@XZ ENDP
從匯編碼可以看出，在構(gòu)造子類的過程中，依然調(diào)用了父類的構(gòu)造函數(shù)，盡管父類是一個(gè)抽象類。但這只是為了初始化子對(duì)象中包含父對(duì)象的部分，如果直接想從父類實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，編譯器報(bào)錯(cuò)，這是因?yàn)楦割惖膙table不完全，編譯器不能安全的創(chuàng)建一個(gè)抽象類對(duì)象。而在構(gòu)造子對(duì)象的構(gòu)成當(dāng)中，雖然在構(gòu)造子對(duì)象中所包含的的父對(duì)象部分，vptr暫時(shí)指向了父類的vtable，但是，當(dāng)子對(duì)象構(gòu)造完成時(shí)，vptr最終指向了子類的vtable。子類的vtable是一個(gè)完整的，因此編譯器允許。
多態(tài)的晚捆綁機(jī)制只有在用地址或者引用調(diào)用虛函數(shù)的時(shí)候才有效，如果用對(duì)象本身直接調(diào)用虛函數(shù)，則不會(huì)出現(xiàn)晚捆綁，而是直接調(diào)用。
c++源碼:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f() {
i = 1;
}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
public:
virtual void f() {
j = 2;
}
};
int main() {
Y y;//棧上創(chuàng)建對(duì)象
Y* yp = new Y;//堆上創(chuàng)建對(duì)象
y.f();//用對(duì)象直接調(diào)用
yp->f();//用指針間接調(diào)用
}
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f() {
i = 1;
}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
public:
virtual void f() {
j = 2;
}
};
int main() {
Y y;//棧上創(chuàng)建對(duì)象
Y* yp = new Y;//堆上創(chuàng)建對(duì)象
y.f();//用對(duì)象直接調(diào)用
yp->f();//用指針間接調(diào)用
}
主要來看用對(duì)象直接調(diào)用函數(shù)f和用指針調(diào)用函數(shù)f的匯編碼:
用對(duì)象直接調(diào)用函數(shù)f的匯編碼:
; 25 : y.f();
lea ecx, DWORD PTR _y$[ebp];將棧上創(chuàng)建的對(duì)象y的首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給f
call ?f@Y@@UAEXXZ ; 用絕對(duì)地址調(diào)用f
用指針間接調(diào)用函數(shù)f的匯編碼:
; 26 : yp->f();
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp指針指向的堆對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR [ecx];將堆上創(chuàng)建的對(duì)象首地址所指向的內(nèi)容給edx 即將vptr指針指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp指針指向的堆對(duì)象的首地址給ecx 作為隱含參數(shù)傳遞給要調(diào)用的函數(shù)f
mov eax, DWORD PTR [edx];edx存的是vtable首地址，這里取vtable首地址的內(nèi)容給eax 即函數(shù)f的地址給eax
call eax;調(diào)用eax
從匯編碼中可以看出，用對(duì)象直接調(diào)用的時(shí)候根本沒有訪問虛表vtable，只有用指針調(diào)用的時(shí)候才會(huì)訪問vtable，形成晚捆綁。因?yàn)橛脤?duì)象直接調(diào)用的時(shí)候，編譯器已經(jīng)知道了對(duì)象的確切類型，為了提高效率，當(dāng)調(diào)用這些虛函數(shù)的時(shí)候，使用了造捆綁。
繼承和vtable
當(dāng)子類繼承父類時(shí)，編譯器為子類重新創(chuàng)建一個(gè)vtable，并且父類中的虛函數(shù)在父類vatelbe中的位置準(zhǔn)確的映射到子類vtable中的同樣位置，對(duì)于子類中重新定義的虛函數(shù)，將在子類vtable的新位置插入其地址。
下面是c++源碼:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void a() {
i = 1;
}
virtual void b() {
i = 2;
}
};
class Y : public X {
private:
int i;
public:
virtual void c() {//新定義的虛函數(shù)
i = 3;
}
void b() {//重寫父類中的虛函數(shù)
i = 4;
}
};
int main() {
X* xp = new X;
X* yp = new Y;
xp->a();
xp->b();
yp->a();
yp->b();
//yp->c();編譯器報(bào)錯(cuò)
}
可以看到，用yp指針調(diào)用子類中的虛函數(shù)c，編譯器報(bào)錯(cuò)。這是因?yàn)楸M管yp指針?biāo)赶虻臅r(shí)機(jī)類型是子類Y，但是由于向上轉(zhuǎn)型為基類X類型，因此，編譯器在編譯的時(shí)候只針對(duì)基類，而基類只有虛函數(shù)a，b，所以不允許調(diào)用子類中的虛函數(shù)c。
下面只給出調(diào)用虛函數(shù)時(shí)的匯編代碼:
; 28 : xp->a();
mov edx, DWORD PTR _xp$[ebp];將xp所指向的堆對(duì)象首地址給edx
mov eax, DWORD PTR [edx];將堆對(duì)象首地址里面的內(nèi)容給eax，即將vptr指向的vtable首地址給eax
mov ecx, DWORD PTR _xp$[ebp];將xp所指向的堆對(duì)象首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給即將調(diào)用的虛成員函數(shù)
mov edx, DWORD PTR [eax];將vtable首地址里面的內(nèi)容給edx，即將虛函數(shù)a的地址給edx(這里，虛函數(shù)a的地址位于父類X的vtable首地址處)
call edx;調(diào)用虛成員函數(shù)a
; 29 : xp->b();
mov eax, DWORD PTR _xp$[ebp];將xp所指堆對(duì)象的首地址給eax
mov edx, DWORD PTR [eax];將堆對(duì)象首地址的內(nèi)容給edx，即將vptr指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _xp$[ebp];將xp所指堆對(duì)象的首地址給ecx
mov eax, DWORD PTR [edx+4];將偏移vtable首地址4byte處內(nèi)存內(nèi)容給eax，即將虛函數(shù)b的地址給eax(這里，虛函數(shù)b的地址位于偏移父類X的vtable首地址4byte處)
call eax;調(diào)用虛成員函數(shù)b
; 30 : yp->a();
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR [ecx];將堆對(duì)象首地址的內(nèi)容給edx，即將子類vptr指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給虛成員函數(shù)a
mov eax, DWORD PTR [edx];將子類vtable首地址處的內(nèi)容給eax，即將虛函數(shù)a的地址給eax(這里，虛函數(shù)a的地址同樣位于子類Y的vtable首地址處)
call eax;調(diào)用虛成員函數(shù)a
; 31 : yp->b();
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR [ecx];將堆對(duì)象首地址的內(nèi)容給edx，即將子類vptr指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給虛成員函數(shù)b
mov eax, DWORD PTR [edx+4];將偏移子類vtable首地址4byte處內(nèi)存的內(nèi)容給eax，即將虛函數(shù)b的地址給eax(這里，虛函數(shù)b的地址同樣位于偏移子類Y的vtable首地址4byte處)
call eax;調(diào)用虛成員函數(shù)b
; 32 : //yp->c();
從匯編碼可以看出，a，b虛函數(shù)在子類vtable和父類table中的位置是一樣的(從它們相對(duì)于自己所在vtable的偏移量可以看出)。這就保證了不論對(duì)象實(shí)際的類型是什么，編譯器總能使用同樣的偏移量來調(diào)用虛函數(shù)。假如不這么做，也就是說虛函數(shù)a，b在子類Y的vtable中的位置和在父類X的vtable中的位置不一樣，由于向上轉(zhuǎn)型，編譯器只針對(duì)父類工作，也就是對(duì)虛函數(shù)a，b的調(diào)用只會(huì)根據(jù)父類X的vtable來確定偏移量，那么在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候就會(huì)出錯(cuò)，實(shí)際的子對(duì)象根本調(diào)用不到正確的函數(shù)，多態(tài)失效。
在上面的例子中，如果將yp轉(zhuǎn)為實(shí)際的類型調(diào)用c，我們會(huì)看到編譯器形成的偏移量為8byte，匯編代碼如下:
; 32 : yp->c();
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR [ecx];將堆對(duì)象首地址的內(nèi)容給edx，即將子類vptr指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給虛成員函數(shù)c
mov eax, DWORD PTR [edx+8];將偏移子類vtable首地址8byte處內(nèi)存的內(nèi)容給eax，即將虛函數(shù)c的地址給eax(這里，虛函數(shù)b的地址同樣位于偏移子類Y的vtable首地址8byte處)
call eax;調(diào)用虛成員函數(shù)c
對(duì)象切片
如果進(jìn)行向上轉(zhuǎn)型的時(shí)候不是用傳地址或者引用，而是用傳值，那么就會(huì)發(fā)生對(duì)象切片，即派生類對(duì)象中原有的部分被切除，只保留了基類的部分。
下面是c++源碼:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void a() {
i = 1;
}
virtual void b() {
i = 2;
}
};
class Y : public X {
private:
int i;
public:
virtual void c() {//新定義的虛函數(shù)
i = 3;
}
void b() {//重寫父類中的虛函數(shù)
i = 4;
}
};
void f(X x) {//用傳值的形式進(jìn)行向上轉(zhuǎn)換
x.b();
}
int main() {
Y y;
f(y);
}
下面是main函數(shù)的匯編碼:
; 28 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 16 ; 為對(duì)象y預(yù)留16byte的空間
; 29 : Y y;
lea ecx, DWORD PTR _y$[ebp];將y的首地址給ecx，轉(zhuǎn)為隱含參數(shù)傳遞給y的構(gòu)造函數(shù)
call ??0Y@@QAE@XZ;調(diào)用y的構(gòu)造函數(shù)
; 30 : f(y);
sub esp, 8;//由于對(duì)象傳值，要進(jìn)行拷貝，產(chǎn)生臨時(shí)對(duì)象，這里為臨時(shí)對(duì)象預(yù)留8byte的空間(類X的大小)
mov ecx, esp;//將臨時(shí)對(duì)象的首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給拷貝函數(shù)
lea eax, DWORD PTR _y$[ebp];將對(duì)象y的首地址給eax，作為參數(shù)給拷貝函數(shù)
push eax;壓棧，傳遞參數(shù)
call ??0X@@QAE@ABV0@@Z;調(diào)用類X的拷貝函數(shù)
call ?f@@YAXVX@@@Z ; 調(diào)用函數(shù)f
add esp, 8;釋放剛才的臨時(shí)對(duì)象占用的8byte空間
; 31 : }
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
從匯編嗎中可以看出，臨時(shí)對(duì)象的大小為父類X的大小，調(diào)用的拷貝函數(shù)也是父類X的拷貝函數(shù)。
下面是父類X的拷貝函數(shù)匯編碼:
??0X@@QAE@ABV0@@Z PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧，為存對(duì)象首地址預(yù)留4byte空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中保存臨時(shí)對(duì)象首地址，放到剛才預(yù)留的空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將臨時(shí)對(duì)象首地址給ecx
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將類X的vtable首地址存到臨時(shí)對(duì)象首地址所指向的內(nèi)存 即初始化臨時(shí)對(duì)象的vptr指針
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將臨時(shí)對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR ___that$[ebp];將y的首地址給edx
mov eax, DWORD PTR [edx+4];將偏移y首地址4byte處內(nèi)存內(nèi)容給edx，即將y包含的父對(duì)象中的成員變量i的值給edx
mov DWORD PTR [ecx+4], eax;將eax的值給偏移臨時(shí)對(duì)象首地址4byte處內(nèi)存，即將eax的值給臨時(shí)對(duì)象的成員變量i
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將臨時(shí)對(duì)象的首地址給eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 4
從拷貝函數(shù)可以看出，臨時(shí)對(duì)象只拷貝了y的所包含的的父對(duì)象部分(y被切片了),并且臨時(shí)對(duì)象的vptr指針也初始化為類X的vtable首地址。
下面是函數(shù)f的匯編碼:
; 24 : void f(X x) {
push ebp
mov ebp, esp
; 25 : x.b();
lea ecx, DWORD PTR _x$[ebp];將參數(shù)x的首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給成員函數(shù)b
call ?b@X@@UAEXXZ ; 調(diào)用x中的成員函數(shù)b 這里是用對(duì)象直接調(diào)用，因此沒有訪問vtable
這里調(diào)用的是類X里面的成員函數(shù)，并且沒有訪問虛表vtable
下面是類X里面的虛成員函數(shù)b的匯編碼:
?b@X@@UAEXXZ PROC ; X::b, COMDAT
; _this$ = ecx
; 8 : virtual void b() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;為保存對(duì)象首地址預(yù)留4byte空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中保存有對(duì)象x的首地址，放到剛才預(yù)留的空間
; 9 : i = 2;
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x首地址給eax
mov DWORD PTR [eax+4], 2;將2寫給偏移x首地址4byte處，即將2賦給x的成員變量i
; 10 : }
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
?b@X@@UAEXXZ ENDP
構(gòu)造函數(shù)初始化vptr指針
下面是c++源碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
X(int ii) {
i = ii;
}
virtual void set(int ii) {//虛函數(shù)
i = ii;
}
};
int main() {
X x(1);
}
下面是對(duì)應(yīng)的main函數(shù)匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
_main PROC
; 16 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 8;為對(duì)象x預(yù)留8byte空間 vptr指針占4字節(jié) 成員變量i占4byte
; 17 : X x(1);
push 1;//將1壓棧，作為參數(shù)傳遞給構(gòu)造函數(shù)
lea ecx, DWORD PTR _x$[ebp];//獲取x的首地址，即this指針，作為隱含參數(shù)傳遞給構(gòu)造器
call ??0X@@QAE@H@Z ; 為x調(diào)用構(gòu)造器
; 18 : }
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_main ENDP
從匯編碼可以看到，由于類X具有虛函數(shù)，main函數(shù)在棧上為對(duì)象x預(yù)留了8byte的空間，用來存放vptr指針和成員變量i。
下面是x的構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
??0X@@QAE@H@Z PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
; 5 : X(int ii) {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧ecx的目的是為了給this指針(x對(duì)象首地址)預(yù)留4byte的空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將this指針存儲(chǔ)到剛才預(yù)留的空間里 ecx里面存放了x的首地址
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x的首地址給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將??_7X@@6B@的偏移地址(即vtable的首地址)放到x對(duì)象的首地址指向的內(nèi)存儲(chǔ) 這里就是初始化vptr指針
; 6 : i = ii;
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將x首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR _ii$[ebp];將參數(shù)ii的值給寄存器edx
mov DWORD PTR [ecx+4], edx;將寄存器eax的值寫入偏移x首地址4byte處的內(nèi)存，即給x的成員變量i賦值
; 7 : }
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x對(duì)象首地址給寄存器eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 4
??0X@@QAE@H@Z ENDP
從代碼中可以看出來，編譯器確實(shí)暗中插入了代碼，來用vtable的首地址初始化vptr指針，并且vptr指針位于對(duì)象首地址處。
如果類有繼承關(guān)系，構(gòu)造函數(shù)又如何初始化vptr指針呢？
下面是c++源碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f() {}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
};
int main() {
Y y;
}
下面是main函數(shù)中的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
_main PROC
; 16 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 12 ; 為對(duì)象y預(yù)留12 byte的空間 vptr指針4byte 父類成員變量4byte 子類成員變量4byte
; 17 : Y y;
lea ecx, DWORD PTR _y$[ebp];獲取對(duì)象y的首地址(即this指針),作為隱含參數(shù)傳遞給構(gòu)造函數(shù)
call ??0Y@@QAE@XZ;調(diào)用y的構(gòu)造函數(shù) 雖然y沒有顯示定義構(gòu)造函數(shù)，但由于其含有虛成員函數(shù)，編譯器提供默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
; 18 : }
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_main ENDP
下面是子類構(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;//壓棧ecx的目的是存放this指針
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將this指針(即對(duì)象首地址)放到剛才預(yù)留空間 ecx里面存放對(duì)象首地址
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將對(duì)象首地址給ecx 作為隱含參數(shù)傳遞給父類構(gòu)造函數(shù)
call ??0X@@QAE@XZ;調(diào)用父類構(gòu)造函數(shù)
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將y的首地址給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Y@@6B@;將y的vtable(??_7Y@@6B@)首地址賦給y對(duì)象首地址所指內(nèi)存 即初始化子類vptr指針
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將y首地址給eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0Y@@QAE@XZ ENDP
下面是父類構(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
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧的目的是為了存放this指針(父對(duì)象對(duì)象首地址)預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將父對(duì)象對(duì)象首地址(ecx中保存)放入剛才預(yù)留空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象首地址給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將vtable(??_7X@@6B@ 和子類不同)首地址賦給父對(duì)象首地址處的內(nèi)存 即初始化父對(duì)象的vptr指針
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象的首地址傳給eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0X@@QAE@XZ ENDP
從上面子類和父類的構(gòu)造函數(shù)匯編碼可以看出來，子對(duì)象包含父對(duì)象，在構(gòu)造子對(duì)象的時(shí)候先構(gòu)造父對(duì)象(子對(duì)象構(gòu)造函數(shù)先調(diào)用父對(duì)象構(gòu)造函數(shù))。而且父對(duì)象的首地址和子對(duì)象的首地址一樣(通過匯編碼中ecx傳遞的值可以看出來)，因此父對(duì)象和子對(duì)象的vptr指針位于同一處。所以，在構(gòu)造對(duì)象的構(gòu)成中，vptr指針先被初始化指向父對(duì)象的vtable首地址(在父對(duì)象構(gòu)造函數(shù)中)，最后又被初始化為指向子對(duì)象的vtable首地址(在子對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)中)。因此，在涉及繼承的時(shí)候，vptr指針的值由最后調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)決定。
在構(gòu)造函數(shù)調(diào)用虛函數(shù)機(jī)制失效，也就是說，在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)總是本地版本(析構(gòu)函數(shù)中也是一樣)
c++源碼如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f(int ii) {
i = ii;
}
X() {
f(1);
}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
public:
virtual void f(int ii) {
j = ii;
}
Y() {
f(2);
}
};
int main() {
Y y;
}
下面主要來看父類X和子類Y中的構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:
子類Y的構(gòu)造函數(shù)匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
??0Y@@QAE@XZ PROC ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx
; 20 : Y() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧的目的是為存放this指針(在ecx寄存器里面存放了子對(duì)象首地址)預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將子對(duì)象首地址存入剛才預(yù)留空間
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將子類首地址作為隱含參數(shù)傳給父對(duì)象構(gòu)造器(子對(duì)象首地址和父對(duì)象首地址一樣)
call ??0X@@QAE@XZ ; 調(diào)用父類構(gòu)造器
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址傳給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Y@@6B@;將子對(duì)象的vtable首地址存到子對(duì)象首地址所指向的內(nèi)存，即初始化子對(duì)象的vptr指針
; 21 : f(2);
push 2;將2壓棧，作為參數(shù)調(diào)用函數(shù)f，這里，子對(duì)象調(diào)用的是自己的函數(shù)f
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址傳給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給成員函數(shù)f
call ?f@Y@@UAEXH@Z ; 調(diào)用子對(duì)象中的f函數(shù)
; 22 : }
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址給寄存器eax，作為返回值。構(gòu)造器總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0Y@@QAE@XZ ENDP ; Y::Y
父類X構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
??0X@@QAE@XZ PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
; 8 : X() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧的目的是存放父對(duì)象首地址預(yù)留空間 父對(duì)象首地址和子對(duì)象首地址一樣
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx里面存放父對(duì)象首地址，傳給剛才預(yù)留的空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象首地址傳給eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將父對(duì)象的vtable首地址寫入父對(duì)象首地址所指向的內(nèi)存 即初始化父對(duì)象的vptr指針
; 9 : f(1);
push 1;將1壓棧，作為參數(shù)調(diào)用函數(shù)f 這里調(diào)用時(shí)父對(duì)象的版本
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象首地址作為隱含參數(shù)傳給f
call ?f@X@@UAEXH@Z ; 調(diào)用函數(shù)f
; 10 : }
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象首地址傳給eax作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0X@@QAE@XZ ENDP
從匯編碼中可以看到，構(gòu)造函數(shù)中確實(shí)不存在虛機(jī)制，都只調(diào)用本地版本的函數(shù)
析構(gòu)函數(shù)
析構(gòu)函數(shù)在執(zhí)行的時(shí)候，會(huì)先將vptr指針初始化為當(dāng)前類的虛表vtable首地址，但是如果析構(gòu)函數(shù)時(shí)編譯器提供非無用的默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)，則不會(huì)有vptr指針的初始化操作:
c++源碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void set(int ii) {
i = ii;
}
~X() {}
};
class Y : public X {
private:
int i;
};
int main() {
Y y;
}
類Y析構(gòu)函數(shù)匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
??1Y@@QAE@XZ PROC ; Y::~Y, COMDAT
; _this$ = ecx
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;為傳進(jìn)來的y對(duì)象首地址預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中保存y對(duì)象首地址，存到剛才空間中
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將y對(duì)象首地址(y對(duì)象包含父對(duì)象，他們的首地址一樣)傳給ecx，作為隱含參數(shù)傳地址類X的析構(gòu)函數(shù)
call ??1X@@QAE@XZ ; 調(diào)用類X的析構(gòu)函數(shù)
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??1Y@@QAE@XZ ENDP
從匯編碼可以看到，編譯器為y對(duì)象提供了非無用的默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)，用來調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)，但是在y對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)里面，并沒有初始化y對(duì)象vptr指針指向類Y的虛表vtable的操作。
下面是類X的析構(gòu)函數(shù)匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
??1X@@QAE@XZ PROC ; X::~X, COMDAT
; _this$ = ecx
; 9 : ~X() {}
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;為傳進(jìn)來的父對(duì)象的首地址預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;為將傳進(jìn)來的父對(duì)象首地址存放到剛才空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];父對(duì)象首地址給eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將父類vtable首地址給父對(duì)象首地址處的內(nèi)存 即初始化父對(duì)象中的vptr指針
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??1X@@QAE@XZ ENDP
父類的析構(gòu)函數(shù)有初始化vptr的操作。
抽象基類
c++源碼如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f() = 0;//純虛函數(shù)
X() {
i = 1;
}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
public:
virtual void f() {
j = 2;
}
};
int main() {
Y y;
}
只看父類X的構(gòu)造函數(shù)和子類Y的構(gòu)造函數(shù)的匯編碼:
子類Y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;為保存子對(duì)象首地址預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將ecx(里面存放子對(duì)象首地址)的值放到剛才的空間
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址傳給ecx，作為隱含參數(shù)(this指針)調(diào)用父對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)
call ??0X@@QAE@XZ ; 調(diào)用父對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象首地址給eax t
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Y@@6B@;將子對(duì)象的vtable首地址存到子對(duì)象首地址所指向的內(nèi)存，即初始化子對(duì)象的vptr
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將子對(duì)象的首地址給eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0Y@@QAE@XZ ENDP
父類X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
; 6 : X() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧的目的就是為存儲(chǔ)父對(duì)象首地址(即this指針)預(yù)留空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;將父對(duì)象首地址存到剛才的空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象的首地址傳給eax
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將父對(duì)象的vtable(由于父類為抽象類，其vtable不完全，即里面沒有存放純虛函數(shù)的地址，只為其保留了一個(gè)位置)首地址存到父對(duì)象首地址所指的內(nèi)存 即初始化父對(duì)象的vptr指針
; 7 : i = 1;
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將父對(duì)象的首地址給ecx
mov DWORD PTR [ecx+4], 1;將1存到偏移父對(duì)象首地址4byte處，即給父對(duì)象的成員變量i賦值
; 8 : }
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];父對(duì)象的首地址給eax 作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
??0X@@QAE@XZ ENDP
從匯編碼可以看出，在構(gòu)造子類的過程中，依然調(diào)用了父類的構(gòu)造函數(shù)，盡管父類是一個(gè)抽象類。但這只是為了初始化子對(duì)象中包含父對(duì)象的部分，如果直接想從父類實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，編譯器報(bào)錯(cuò)，這是因?yàn)楦割惖膙table不完全，編譯器不能安全的創(chuàng)建一個(gè)抽象類對(duì)象。而在構(gòu)造子對(duì)象的構(gòu)成當(dāng)中，雖然在構(gòu)造子對(duì)象中所包含的的父對(duì)象部分，vptr暫時(shí)指向了父類的vtable，但是，當(dāng)子對(duì)象構(gòu)造完成時(shí)，vptr最終指向了子類的vtable。子類的vtable是一個(gè)完整的，因此編譯器允許。
多態(tài)的晚捆綁機(jī)制只有在用地址或者引用調(diào)用虛函數(shù)的時(shí)候才有效，如果用對(duì)象本身直接調(diào)用虛函數(shù)，則不會(huì)出現(xiàn)晚捆綁，而是直接調(diào)用。
c++源碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f() {
i = 1;
}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
public:
virtual void f() {
j = 2;
}
};
int main() {
Y y;//棧上創(chuàng)建對(duì)象
Y* yp = new Y;//堆上創(chuàng)建對(duì)象
y.f();//用對(duì)象直接調(diào)用
yp->f();//用指針間接調(diào)用
}
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void f() {
i = 1;
}
};
class Y : public X {//Y繼承自X
private:
int j;
public:
virtual void f() {
j = 2;
}
};
int main() {
Y y;//棧上創(chuàng)建對(duì)象
Y* yp = new Y;//堆上創(chuàng)建對(duì)象
y.f();//用對(duì)象直接調(diào)用
yp->f();//用指針間接調(diào)用
}
主要來看用對(duì)象直接調(diào)用函數(shù)f和用指針調(diào)用函數(shù)f的匯編碼:
用對(duì)象直接調(diào)用函數(shù)f的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
; 25 : y.f();
lea ecx, DWORD PTR _y$[ebp];將棧上創(chuàng)建的對(duì)象y的首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給f
call ?f@Y@@UAEXXZ ; 用絕對(duì)地址調(diào)用f
用指針間接調(diào)用函數(shù)f的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
; 26 : yp->f();
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp指針指向的堆對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR [ecx];將堆上創(chuàng)建的對(duì)象首地址所指向的內(nèi)容給edx 即將vptr指針指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp指針指向的堆對(duì)象的首地址給ecx 作為隱含參數(shù)傳遞給要調(diào)用的函數(shù)f
mov eax, DWORD PTR [edx];edx存的是vtable首地址，這里取vtable首地址的內(nèi)容給eax 即函數(shù)f的地址給eax
call eax;調(diào)用eax
從匯編碼中可以看出，用對(duì)象直接調(diào)用的時(shí)候根本沒有訪問虛表vtable，只有用指針調(diào)用的時(shí)候才會(huì)訪問vtable，形成晚捆綁。因?yàn)橛脤?duì)象直接調(diào)用的時(shí)候，編譯器已經(jīng)知道了對(duì)象的確切類型，為了提高效率，當(dāng)調(diào)用這些虛函數(shù)的時(shí)候，使用了造捆綁。
繼承和vtable
當(dāng)子類繼承父類時(shí)，編譯器為子類重新創(chuàng)建一個(gè)vtable，并且父類中的虛函數(shù)在父類vatelbe中的位置準(zhǔn)確的映射到子類vtable中的同樣位置，對(duì)于子類中重新定義的虛函數(shù)，將在子類vtable的新位置插入其地址。
下面是c++源碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void a() {
i = 1;
}
virtual void b() {
i = 2;
}
};
class Y : public X {
private:
int i;
public:
virtual void c() {//新定義的虛函數(shù)
i = 3;
}
void b() {//重寫父類中的虛函數(shù)
i = 4;
}
};
int main() {
X* xp = new X;
X* yp = new Y;
xp->a();
xp->b();
yp->a();
yp->b();
//yp->c();編譯器報(bào)錯(cuò)
}
可以看到，用yp指針調(diào)用子類中的虛函數(shù)c，編譯器報(bào)錯(cuò)。這是因?yàn)楸M管yp指針?biāo)赶虻臅r(shí)機(jī)類型是子類Y，但是由于向上轉(zhuǎn)型為基類X類型，因此，編譯器在編譯的時(shí)候只針對(duì)基類，而基類只有虛函數(shù)a，b，所以不允許調(diào)用子類中的虛函數(shù)c。
下面只給出調(diào)用虛函數(shù)時(shí)的匯編代碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
; 28 : xp->a();
mov edx, DWORD PTR _xp$[ebp];將xp所指向的堆對(duì)象首地址給edx
mov eax, DWORD PTR [edx];將堆對(duì)象首地址里面的內(nèi)容給eax，即將vptr指向的vtable首地址給eax
mov ecx, DWORD PTR _xp$[ebp];將xp所指向的堆對(duì)象首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給即將調(diào)用的虛成員函數(shù)
mov edx, DWORD PTR [eax];將vtable首地址里面的內(nèi)容給edx，即將虛函數(shù)a的地址給edx(這里，虛函數(shù)a的地址位于父類X的vtable首地址處)
call edx;調(diào)用虛成員函數(shù)a
; 29 : xp->b();
mov eax, DWORD PTR _xp$[ebp];將xp所指堆對(duì)象的首地址給eax
mov edx, DWORD PTR [eax];將堆對(duì)象首地址的內(nèi)容給edx，即將vptr指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _xp$[ebp];將xp所指堆對(duì)象的首地址給ecx
mov eax, DWORD PTR [edx+4];將偏移vtable首地址4byte處內(nèi)存內(nèi)容給eax，即將虛函數(shù)b的地址給eax(這里，虛函數(shù)b的地址位于偏移父類X的vtable首地址4byte處)
call eax;調(diào)用虛成員函數(shù)b
; 30 : yp->a();
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR [ecx];將堆對(duì)象首地址的內(nèi)容給edx，即將子類vptr指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給虛成員函數(shù)a
mov eax, DWORD PTR [edx];將子類vtable首地址處的內(nèi)容給eax，即將虛函數(shù)a的地址給eax(這里，虛函數(shù)a的地址同樣位于子類Y的vtable首地址處)
call eax;調(diào)用虛成員函數(shù)a
; 31 : yp->b();
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR [ecx];將堆對(duì)象首地址的內(nèi)容給edx，即將子類vptr指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給虛成員函數(shù)b
mov eax, DWORD PTR [edx+4];將偏移子類vtable首地址4byte處內(nèi)存的內(nèi)容給eax，即將虛函數(shù)b的地址給eax(這里，虛函數(shù)b的地址同樣位于偏移子類Y的vtable首地址4byte處)
call eax;調(diào)用虛成員函數(shù)b
; 32 : //yp->c();
從匯編碼可以看出，a，b虛函數(shù)在子類vtable和父類table中的位置是一樣的(從它們相對(duì)于自己所在vtable的偏移量可以看出)。這就保證了不論對(duì)象實(shí)際的類型是什么，編譯器總能使用同樣的偏移量來調(diào)用虛函數(shù)。假如不這么做，也就是說虛函數(shù)a，b在子類Y的vtable中的位置和在父類X的vtable中的位置不一樣，由于向上轉(zhuǎn)型，編譯器只針對(duì)父類工作，也就是對(duì)虛函數(shù)a，b的調(diào)用只會(huì)根據(jù)父類X的vtable來確定偏移量，那么在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候就會(huì)出錯(cuò)，實(shí)際的子對(duì)象根本調(diào)用不到正確的函數(shù)，多態(tài)失效。
在上面的例子中，如果將yp轉(zhuǎn)為實(shí)際的類型調(diào)用c，我們會(huì)看到編譯器形成的偏移量為8byte，匯編代碼如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:
; 32 : yp->c();
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR [ecx];將堆對(duì)象首地址的內(nèi)容給edx，即將子類vptr指向的vtable首地址給edx
mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];將yp所指向的堆對(duì)象首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給虛成員函數(shù)c
mov eax, DWORD PTR [edx+8];將偏移子類vtable首地址8byte處內(nèi)存的內(nèi)容給eax，即將虛函數(shù)c的地址給eax(這里，虛函數(shù)b的地址同樣位于偏移子類Y的vtable首地址8byte處)
call eax;調(diào)用虛成員函數(shù)c
對(duì)象切片
如果進(jìn)行向上轉(zhuǎn)型的時(shí)候不是用傳地址或者引用，而是用傳值，那么就會(huì)發(fā)生對(duì)象切片，即派生類對(duì)象中原有的部分被切除，只保留了基類的部分。
下面是c++源碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
class X {
private:
int i;
public:
virtual void a() {
i = 1;
}
virtual void b() {
i = 2;
}
};
class Y : public X {
private:
int i;
public:
virtual void c() {//新定義的虛函數(shù)
i = 3;
}
void b() {//重寫父類中的虛函數(shù)
i = 4;
}
};
void f(X x) {//用傳值的形式進(jìn)行向上轉(zhuǎn)換
x.b();
}
int main() {
Y y;
f(y);
}
下面是main函數(shù)的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
; 28 : int main() {
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 16 ; 為對(duì)象y預(yù)留16byte的空間
; 29 : Y y;
lea ecx, DWORD PTR _y$[ebp];將y的首地址給ecx，轉(zhuǎn)為隱含參數(shù)傳遞給y的構(gòu)造函數(shù)
call ??0Y@@QAE@XZ;調(diào)用y的構(gòu)造函數(shù)
; 30 : f(y);
sub esp, 8;//由于對(duì)象傳值，要進(jìn)行拷貝，產(chǎn)生臨時(shí)對(duì)象，這里為臨時(shí)對(duì)象預(yù)留8byte的空間(類X的大小)
mov ecx, esp;//將臨時(shí)對(duì)象的首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給拷貝函數(shù)
lea eax, DWORD PTR _y$[ebp];將對(duì)象y的首地址給eax，作為參數(shù)給拷貝函數(shù)
push eax;壓棧，傳遞參數(shù)
call ??0X@@QAE@ABV0@@Z;調(diào)用類X的拷貝函數(shù)
call ?f@@YAXVX@@@Z ; 調(diào)用函數(shù)f
add esp, 8;釋放剛才的臨時(shí)對(duì)象占用的8byte空間
; 31 : }
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
從匯編嗎中可以看出，臨時(shí)對(duì)象的大小為父類X的大小，調(diào)用的拷貝函數(shù)也是父類X的拷貝函數(shù)。
下面是父類X的拷貝函數(shù)匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
??0X@@QAE@ABV0@@Z PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;壓棧，為存對(duì)象首地址預(yù)留4byte空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中保存臨時(shí)對(duì)象首地址，放到剛才預(yù)留的空間
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將臨時(shí)對(duì)象首地址給ecx
mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;將類X的vtable首地址存到臨時(shí)對(duì)象首地址所指向的內(nèi)存 即初始化臨時(shí)對(duì)象的vptr指針
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將臨時(shí)對(duì)象的首地址給ecx
mov edx, DWORD PTR ___that$[ebp];將y的首地址給edx
mov eax, DWORD PTR [edx+4];將偏移y首地址4byte處內(nèi)存內(nèi)容給edx，即將y包含的父對(duì)象中的成員變量i的值給edx
mov DWORD PTR [ecx+4], eax;將eax的值給偏移臨時(shí)對(duì)象首地址4byte處內(nèi)存，即將eax的值給臨時(shí)對(duì)象的成員變量i
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將臨時(shí)對(duì)象的首地址給eax，作為返回值。構(gòu)造函數(shù)總是返回對(duì)象首地址
mov esp, ebp
pop ebp
ret 4
從拷貝函數(shù)可以看出，臨時(shí)對(duì)象只拷貝了y的所包含的的父對(duì)象部分(y被切片了),并且臨時(shí)對(duì)象的vptr指針也初始化為類X的vtable首地址。
下面是函數(shù)f的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
; 24 : void f(X x) {
push ebp
mov ebp, esp
; 25 : x.b();
lea ecx, DWORD PTR _x$[ebp];將參數(shù)x的首地址給ecx，作為隱含參數(shù)傳遞給成員函數(shù)b
call ?b@X@@UAEXXZ ; 調(diào)用x中的成員函數(shù)b 這里是用對(duì)象直接調(diào)用，因此沒有訪問vtable
這里調(diào)用的是類X里面的成員函數(shù)，并且沒有訪問虛表vtable
下面是類X里面的虛成員函數(shù)b的匯編碼:
復(fù)制代碼 代碼如下:
?b@X@@UAEXXZ PROC ; X::b, COMDAT
; _this$ = ecx
; 8 : virtual void b() {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx;為保存對(duì)象首地址預(yù)留4byte空間
mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中保存有對(duì)象x的首地址，放到剛才預(yù)留的空間
; 9 : i = 2;
mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x首地址給eax
mov DWORD PTR [eax+4], 2;將2寫給偏移x首地址4byte處，即將2賦給x的成員變量i
; 10 : }
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
?b@X@@UAEXXZ ENDP
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