从汇编看c++多重继承中this指针的变化
先来看一下下面的c++源码:
#include <iostream> using namespace std; class X { public: virtual void print1() { cout << "X::print1 = " << (long)this << endl; } virtual void print2() { cout << "X::print2 = " << (long)this << endl; } }; class Y { public: virtual void print3() { cout << "Y::print3 = " << (long)this << endl; } virtual void print4() { cout << "Y::print4 = " << (long)this << endl; } }; class Z : public X, public Y { public: virtual void print2() { cout << "Z::print2 = " << (long)this << endl; } virtual void print4() { cout << "Z::print4 = " << (long)this << endl; } }; int main() { Z z; Z* zp = &z; X* xp = zp; Y* yp = zp; cout << "zp = " << (long)zp << endl; cout << "xp = " << (long)xp << endl; cout << "yp = " << (long)yp << endl; /*******************以派生类指针调用基类虚函数*******************/ zp->print1(); zp->print3(); /*******************以派生里指针调用派生类虚函数**************/ zp->print2(); zp->print4(); /*******************以基类指针调用基类虚函数***************/ xp->print1(); yp->print3(); /***********************以基类指针调用派生类虚函数***********/ xp->print2(); yp->print4(); }
类Z多重继承与类X和类Y，类X和类Y各有两个虚函数，分别输出this指针的值。其中，类Z覆写了类X和类Y中的两个虚函数。
下面是这段代码的输出结果:
从上面的输出结果可以看到，以派生类指针zp调用基类虚函数print1和print3，输出的this指针值分别为父类X对象和父类Y对象的首地址；而已基类指针xp和zp调用派生类虚函数print2和print4则都输出的是派生类Z对象的首地址，那么，这当中this指针是如何调整的呢？先来看一下main函数里面的汇编码(只看调用函数的部分，其他部分省略):
; 42 : /*******************以派生类指针调用基类虚函数*******************/ ; 43 : zp->print1(); mov ecx, DWORD PTR _zp$[ebp];将对象z的首地址给寄存器ecx mov edx, DWORD PTR [ecx];将对象z的首地址处内存内容(即vftable首地址)给寄存器edx mov ecx, DWORD PTR _zp$[ebp];将对象z的首地址(也是父类X对象首地址)给寄存器ecx，作为隐含参数传递给虚函数print1 mov eax, DWORD PTR [edx];将vftable首地址处内存内容(即print1的地址)给寄存器eax call eax;调用虚函数print1 ; 44 : zp->print3(); mov ecx, DWORD PTR _zp$[ebp];将对象z的首地址给就寄存器ecx add ecx, 4;将寄存器ecx里面的额内容加4，得到父类Y对象首地址，存于ecx中，做为隐含参数传递给虚函数print3 mov edx, DWORD PTR _zp$[ebp];将对象z的首地址给寄存器edx mov eax, DWORD PTR [edx+4];将偏移对象z首地址4byte处内存内容(即vftable首地址)给寄存器eax mov edx, DWORD PTR [eax];将vftable首地址处内存内容(即print3的地址)给寄存器edx call edx;调用虚函数print3 ; 45 : /*******************以派生里指针调用派生类虚函数**************/ ; 46 : zp->print2(); mov eax, DWORD PTR _zp$[ebp];将对象z的首地址给寄存器eax mov edx, DWORD PTR [eax];将对象z首地址处的内存内容(即vftable首地址)给寄存器edx mov ecx, DWORD PTR _zp$[ebp];将对象z的首地址(也是父类X对象的首地址)给寄存器ecx,作为隐含参数传递给虚函数print2 mov eax, DWORD PTR [edx+4];将偏移vftable首地址4byte处内存内容(即print2的地址)给寄存器eax call eax;调用虚函数print2 ; 47 : zp->print4(); mov ecx, DWORD PTR _zp$[ebp];将对象z的首地址给寄存器ecx add ecx, 4;将ecx里面的值加上4，得到父类Y对象的首地址，存放到ecx，作为隐含参数，传递给虚函数print4 mov edx, DWORD PTR _zp$[ebp];将对象z的首地址给寄存器edx mov eax, DWORD PTR [edx+4];将偏移对象z首地址4byte处内存内容(即父类Y对象首地址处内存内容)给寄存器eax，eax存放vftable首地址 mov edx, DWORD PTR [eax+4];将偏移vftable首地址4byte处内存内容(即print4的地址)给寄存器eax call edx;调用虚函数print4 ; 48 : /*******************以基类指针调用基类虚函数***************/ ; 49 : xp->print1(); mov eax, DWORD PTR _xp$[ebp];将父类X对象首地址给寄存器eax mov edx, DWORD PTR [eax];将父类X对象首地址处内存内容(即vftable首地址)给寄存器edx mov ecx, DWORD PTR _xp$[ebp];将父类X对象首地址给寄存器ecx，作为隐含参数传递给虚函数print1 mov eax, DWORD PTR [edx];将vftable首地址处内容(即print1的地址)给寄存器eax call eax;调用虚函数print1 ; 50 : yp->print3(); mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];将父类Y对象的首地址给寄存器ecx mov edx, DWORD PTR [ecx];将父类Y对象首地址处内存内容(即vftable首地址)给寄存器edx mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];将父类Y对象首地址给寄存器ecx，作为隐含参数传递给虚函数print3 mov eax, DWORD PTR [edx];将vftable首地址处内存内容(即print3的地址)给寄存器eax call eax;调用虚函数print3 ; 51 : /***********************以基类指针调用派生类虚函数***********/ ; 52 : xp->print2(); mov ecx, DWORD PTR _xp$[ebp];将父类X对象的首地址给寄存器ecx mov edx, DWORD PTR [ecx];将父类X对象首地址处内存内容(即vftable首地址)给寄存器edx mov ecx, DWORD PTR _xp$[ebp];将父类X对象的首地址给寄存器ecx，作为隐含参数传递给虚函数print2 mov eax, DWORD PTR [edx+4];将偏移vftable首地址4byte处的内存内容(即print2的首地址)给寄存器eax call eax;调用虚函数print2 ; 53 : yp->print4(); mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];将父类Y对象的首地址给寄存器ecx mov edx, DWORD PTR [ecx];将父类Y对象首地址处内存内容(即vftable首地址)给寄存器edx mov ecx, DWORD PTR _yp$[ebp];将父类Y对象首地址给寄存器ecx，作为隐含参数传递给虚函数print4 mov eax, DWORD PTR [edx+4];将偏移vftable首地址4byte处内存内容(即print4的首地址)给寄存器eax call eax;调用虚函数print4
从汇编代码可以看出，不管使用哪种指针调用哪类虚函数，传递给虚函数的this指针都是引入这个虚函数的类对象首地址。比如，以基类指针zp调用基类Y的虚函数print4，传递给print4的this指针就是父类Y对象的首地址；以基类指针yp调用派生类Z的虚函数print4，传递给print4的this指针也是父类Y对象的首地址。那么，既然传递给虚函数print4的this指针是父类Y对象的首地址，虚函数是如何保证正确输出的呢？下面来看一下print4的汇编码，了解其内部过程:
?print4@Z@@UAEXXZ PROC ; Z::print4, COMDAT ; _this$ = ecx ; 29 : virtual void print4() { push ebp mov ebp, esp push ecx;压栈ecx寄存器是为保留this指针预留空间 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;寄存器ecx里面存放父类Y对象首地址，存于刚才预留的空间 ; 30 : cout << "Z::print4 = " << (long)this << endl; push OFFSET ?endl@std@@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@1@AAV21@@Z ; std::endl mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];将父类Y对象的首地址给寄存器eax sub eax, 4;eax里面的值减4，这是eax里面存放的是对象z的首地址，存于寄存器eax push eax;压栈eax寄存器，为输出传递参数 push OFFSET ??_C@_0N@BGKDGLPK@Z?3?3print4?5?$DN?5?$AA@ push OFFSET ?cout@std@@3V?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@1@A ; std::cout call ??$?6U?$char_traits@D@std@@@std@@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@0@AAV10@PBD@Z ; std::operator<<<std::char_traits<char> > add esp, 8 mov ecx, eax call ??6?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@QAEAAV01@J@Z ; std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >::operator<< mov ecx, eax call ??6?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@QAEAAV01@P6AAAV01@AAV01@@Z@Z ; std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >::operator<< ; 31 : } mov esp, ebp pop ebp ret 0 ?print4@Z@@UAEXXZ ENDP ; Z::print4
主要看注释的部分，这里，虽然传递给print4的this指针(由寄存器ecx传过来)是父类Y对象的首地址，但是，在进行输出的时候，编译器为我们进行了this指着的调整，即上面汇编代码中sub eax 4的部分，将this指针重新调整到指向对象z的首地址处，因此能够正确输出。那么，编译器又是如何知道要调整的大小的呢，比如，编译器怎么知道要调整4byte呢？通过在命令行查看对象z的内存布局，打印出如下语句:
可以看到，this指着要调整的值，被记录在相应的虚表之中(如何用命令行查看一个对象的内存布局，请参看
c+中如何查看一个类的内存布局）
下面是print1函数的汇编码:
?print1@X@@UAEXXZ PROC ; X::print1, COMDAT ; _this$ = ecx ; 6 : virtual void print1() { push ebp mov ebp, esp push ecx;压栈寄存器ecx的目的是为了保存this指针预留空间 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx里面保存有父类X对象的首地址(也是对象z的首地址),存于刚才预留的空间 ; 7 : cout << "X::print1 = " << (long)this << endl; push OFFSET ?endl@std@@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@1@AAV21@@Z ; std::endl mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];将父类对象首地址(也是对象z的首地址)传给寄存器eax push eax;将寄存器eax的值压栈，为输出传递参数 push OFFSET ??_C@_0N@LOBPFBMB@X?3?3print1?5?$DN?5?$AA@ push OFFSET ?cout@std@@3V?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@1@A ; std::cout call ??$?6U?$char_traits@D@std@@@std@@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@0@AAV10@PBD@Z ; std::operator<<<std::char_traits<char> > add esp, 8 mov ecx, eax call ??6?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@QAEAAV01@J@Z ; std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >::operator<< mov ecx, eax call ??6?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@QAEAAV01@P6AAAV01@AAV01@@Z@Z ; std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >::operator<< ; 8 : } mov esp, ebp pop ebp ret 0 ?print1@X@@UAEXXZ ENDP ; X::print1
下面是print2函数的汇编码:
; 26 : virtual void print2() { push ebp mov ebp, esp push ecx;压栈寄存器ecx的目的是为了保存this指针预留空间 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;寄存器ecx里面存放父类X对象的首地址(也是z对象首地址),保存到刚才预留的空间 ; 27 : cout << "Z::print2 = " << (long)this << endl; push OFFSET ?endl@std@@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@1@AAV21@@Z ; std::endl mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];将父类X对象首地址(也是z对象首地址)给寄存器eax push eax;压栈寄存器eax，为输出传递参数 push OFFSET ??_C@_0N@JJODJOFK@Z?3?3print2?5?$DN?5?$AA@ push OFFSET ?cout@std@@3V?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@1@A ; std::cout call ??$?6U?$char_traits@D@std@@@std@@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@0@AAV10@PBD@Z ; std::operator<<<std::char_traits<char> > add esp, 8 mov ecx, eax call ??6?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@QAEAAV01@J@Z ; std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >::operator<< mov ecx, eax call ??6?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@QAEAAV01@P6AAAV01@AAV01@@Z@Z ; std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >::operator<< ; 28 : } mov esp, ebp pop ebp ret 0 ?print2@Z@@UAEXXZ ENDP ; Z::print2
下面是print3函数的汇编码:
?print3@Y@@UAEXXZ PROC ; Y::print3, COMDAT ; _this$ = ecx ; 16 : virtual void print3() { push ebp mov ebp, esp push ecx;压栈ecx的目的是为包存this指针预留空间 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx;寄存器ecx里面保存父类Y对象的首地址，存于刚才预留的空间里面 ; 17 : cout << "Y::print3 = " << (long)this << endl; push OFFSET ?endl@std@@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@1@AAV21@@Z ; std::endl mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];将父类Y对象的首地址给寄存器eax push eax;压栈eax寄存器，为输出传递参数 push OFFSET ??_C@_0N@BJEJNLCE@Y?3?3print3?5?$DN?5?$AA@ push OFFSET ?cout@std@@3V?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@1@A ; std::cout call ??$?6U?$char_traits@D@std@@@std@@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@0@AAV10@PBD@Z ; std::operator<<<std::char_traits<char> > add esp, 8 mov ecx, eax call ??6?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@QAEAAV01@J@Z ; std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >::operator<< mov ecx, eax call ??6?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@QAEAAV01@P6AAAV01@AAV01@@Z@Z ; std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >::operator<< ; 18 : } mov esp, ebp pop ebp ret 0 ?print3@Y@@UAEXXZ ENDP ; Y::print3
可以看到，print1和print3函数里面没有this指针的调整，因为它们本身就是父类X和父类Y的虚函数，传过来的this指针是正确的，所以无需调整，而print2和print4被类Z重写了，成了类Z的虚函数，而传递过来的还是父类X和父类Y的首地址,因此需要调整。但是在print2函数里面看不到调整的汇编代码，这是因为，父类X对象的首地址和对象z的首地址一样，所以也可以不调整。
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