C++反汇编 剖析虚函数表的实现原理（下）

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上节回顾：
C++多态的实现，以及虚函数表的引入，反汇编剖析
基础反汇编知识：
反汇编分析C/C++常见语句的底层实现（入门）

回顾

我们上一节讲到，定义为virtual的函数就称为虚函数，它为继承自它的子类提供了不同的函数调用的方法。

class Animals
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "Animal::speak()\n";
	}
	void run()
	{
		cout << "Animal::ran()\n";
	}
};

....省略动物的继承关系

//一个统一的动物行为
void action(Animals* ani)
{
	ani->speak();
	ani->run();
}
int main()
{	
	action(new Dog);
	action(new Cat);
	action(new Pig);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

我们把这个过程称之为实现多态的过程。我们利用父类指针指向子类对象，这就是实现多态的本质。

为什么父类指针可以动态的决定他要调用哪个函数？ 明明都是一个Animals的指针，为什么在调用函数后却能调用不同的子类的函数？

答案：它使用了一个叫做虚函数表的东西。

当我们把父类实现为virtual的时候，它实际上就产生了一个虚表，
还记得我们在上一节讲到的加不加virtual的区别吗？

  • 如果我们不加virtual，则他就不是虚函数： 它产生的汇编是这样的：
    在这里插入图片描述
    已经给你固定死了，尽管你使用的是多态的方法，即父类指针调用子类对象，但是因为你没有声明为virtual虚函数，所以在call函数地址的时候，已经给你写死了，就是直接调用本对象的函数地址。

  • 如果你加virtual，他就是虚函数： 它产生的汇编：（完整汇编代码）
    在下面分析的时候也会用到此图：
    在这里插入图片描述
    它为什么加了这么多行东西？

实际上，当你定义了一个virtual虚函数，并且使用父类指针调用子类对象的时候，指针会自动识别你的对象的具体类型。是一个Animals指针，但是是一个Dog对象，所以他会生成一个虚表，根据虚表来查找到你具体要调用的函数地址。

反汇编剖析虚函数表

虚函数表：只要包含虚函数的类就会有一个虚函数表，当这个类是基类时，它的派生类也会有相应的虚函数表。当一个类有多个对象的时候，这些对象共享一个虚函数表。

我们分别赋予父类和子类两个变量，m_age和m_life，我们可以查看他们所处的类所占的字节大小：

class Animals{
public:
	int m_life = 10;
	virtual void speak(){ ... }
	virtual void run(){ ....  }
};
class Dog :public Animals{
public:
	int m_age = 20;
	void speak(){ ... }
	void run(){ ... }
};
int main(){
	Animals* dog = new Dog;
	dog->speak();
	dog->run();
	
	cout<<sizeof(Dog)<<endl;		//结果为12
	return 0;
}

在这里插入图片描述
我们的Dog类继承了父类，它自己有一个m_age的4字节int，父类有一个m_life也占用四个字节，他不应该一共只占用8个字节吗？ 怎么多出来4个字节，其实，多出来的4个字节，存放此类的虚函数表的地址。
8个字节存储两个int，它又产生了4个字节的地址，我们称此地址为虚表的地址，并且此地址位于总共12个字节的最前面4个字节。

这就是每个指针变量（dog）的内存结构图：
在这里插入图片描述
我们来一步步解析汇编指令： （完整汇编代码，请看上面，并且我去除了一些不重要的汇编指令）
关键四句：

  //d->speak();  实现汇编代码：

 mov         eax,dword ptr [dog]  	//找到指针变量d的地址所处的内存空间，取出四个字节给到eax存储， eax存储了指针d的地址
 mov         edx,dword ptr [eax] 	//找到eax所存储的地址的内存空间，取出4个字节给到edx存储，edx存储了首4个字节，即虚表的地址
 mov         eax,dword ptr [edx]  //找到虚表的地址所处的内存空间，取出4个字节给到eax存储，eax存储了虚函数表的前4个字节的内存，即Dog::speak 的函数地址
 call        eax  			      // 跳转到函数

这是我们的d->speak的实现原理：

  • mov eax,dword ptr [dog]
    首先：找到指针变量dog（Animals*类型）的地址所在的内存空间，取出四个字节给到eax寄存器，eax寄存器就存储了Dog对象的地址。 此对象包括12个字节，前四个字节为虚表的地址

eax存放的内容：（就是图示的整个结构，即Dog类的对象的内存空间的内容）
在这里插入图片描述

  • mov edx,dword ptr [eax]
    在eax所处的内存空间中取出四个字节给到edx寄存器，此处，eax就得到了图示四个字节存储空间里的内容，内容就是虚表的地址，所以edx就获取了此地址。

edx存储的内容：虚表的地址，edx： 0x00B89B64h
在这里插入图片描述

  • mov eax,dword ptr [edx]
    在edx所处的内存空间中取出4个字节给到eax寄存器，edx此时已经存储了虚表的地址了，虚表里面前4个字节是第一个函数的地址，后4个字节是第二个函数地址（一共8个，因为有两个虚函数），所以取出的是前四个字节的内容，即第一个虚函数的地址，即eax里存储第一个虚函数的地址。

eax存储的内容：此时就是第一个虚函数speak的地址：eax：0x00B814E7
在这里插入图片描述

  • call eax
    eax经过上面的操作，已经存储了第一个虚函数的地址，call eax，代表call到寄存器所存储的内容，即call此地址，跳转到此虚函数。

我们来看一下run函数的执行过程：

	dog->run();

 mov         eax,dword ptr [dog]  
 mov         edx,dword ptr [eax]  
 mov         eax,dword ptr [edx+4]  	//此时第二个函数的地址
 call        eax

也是，首先找到对象的地址，再找到虚函数表的地址，再找到第二个虚函数的地址，即 [edx+4] 就存储了第二个虚函数的地址，把此地址给到eax存储，再由call跳转到此函数。

验证虚函数地址的正确性

如何证明虚表里存储的就是虚函数的地址？？
你怎么证明虚表的所对应的存储地址的那8个字节就是两个虚函数的地址呢？

解析：
在这里插入图片描述
根据dog的地址找到其内存

dog对象的内存空间：
在这里插入图片描述

它一共占用12个字节（一个虚表4字节，两个int8字节），并且前四个字节就是虚表的地址。

假设这就是虚表的地址：所以我们得到了虚表的地址：0x00169b6c （小端存储）

根据此虚表地址，我们进入其内存空间：
在这里插入图片描述
虚函数表的地址所在的内存空间对应8个字节， 分别表示表示两个虚函数的地址。

前四个：第一个虚函数的地址： 0x001615fa
后四个：第二个虚函数的地址： 0x001615cd

我们已经得到了我们认为的虚函数的准确地址，现在我们进入反汇编来看看call跳转的地址是不是就是我们找到的这两个地址。

我们进入反汇编：
经过上述分析可以得知：

第一个虚函数：speak：

....
....
0x00166D7D  mov         eax,dword ptr [edx]    //eax存储第一个虚函数地址
0x00166D7F  call        eax  					//进入此函数

经过上述分析得到，eax 存储第一个虚函数的地址，此时我们监视eax：
在这里插入图片描述
可以得知：eax的值就是 0x001615fa，即这就是第一个虚函数的地址

继续进入run的反汇编：
在这里插入图片描述
eax的值就是0x001615cd，即这就是第二个虚函数的地址。
在这里插入图片描述
call地址后，我们就能进入 0x001615cd，即第二个虚函数的地址：Dog的run函数。

总结：

  • 至此，我们在反汇编中看到的eax存储的地址和在dog对象在内存中存储的两个地址是一摸一样的，所以，我们可以得知，dog对象的前四个对象的地址就是虚表的地址，同时在虚表的内容中存储的八个字节就是两个虚函数的地址(dword ptr)。
posted @ 2022-09-26 22:08  hugeYlh  阅读(56)  评论(0)  编辑  收藏  举报  来源