从汇编看c++中的多态详解

在c++中，当一个类含有虚函数的时候，类就具有了多态性。构造函数的一项重要功能就是初始化vptr指针，这是保证多态性的关键步骤。

构造函数初始化vptr指针

下面是c++源码:

class X {
private:
  int i;
public:
  X(int ii) {
    i = ii;
  }
  virtual void set(int ii) {//虚函数
    i = ii;
  }
};




int main() {
  X x(1);
}

下面是对应的main函数汇编码:

_main  PROC

; 16  : int main() {

  push  ebp
  mov  ebp, esp
  sub  esp, 8;为对象x预留8byte空间 vptr指针占4字节 成员变量i占4byte

; 17  :  X x(1);

  push  1;//将1压栈，作为参数传递给构造函数
  lea  ecx, DWORD PTR _x$[ebp];//获取x的首地址，即this指针，作为隐含参数传递给构造器
  call  ??0X@@QAE@H@Z        ; 为x调用构造器

; 18  : }

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

从汇编码可以看到，由于类X具有虚函数，main函数在栈上为对象x预留了8byte的空间，用来存放vptr指针和成员变量i。

下面是x的构造函数的汇编码:

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

; 5  :   X(int ii) {

  push  ebp
  mov  ebp, esp
  push  ecx;压栈ecx的目的是为了给this指针(x对象首地址)预留4byte的空间
  mov  DWORD PTR _this$[ebp], ecx;将this指针存储到刚才预留的空间里 ecx里面存放了x的首地址
  mov  eax, DWORD PTR _this$[ebp];将x的首地址给寄存器eax
  mov  DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;将??_7X@@6B@的偏移地址(即vtable的首地址)放到x对象的首地址指向的内存储 这里就是初始化vptr指针

; 6  :     i = ii;

  mov  ecx, DWORD PTR _this$[ebp];将x首地址给ecx
  mov  edx, DWORD PTR _ii$[ebp];将参数ii的值给寄存器edx
  mov  DWORD PTR [ecx+4], edx;将寄存器eax的值写入偏移x首地址4byte处的内存，即给x的成员变量i赋值

; 7  :   }

  mov  eax, DWORD PTR _this$[ebp];将x对象首地址给寄存器eax，作为返回值。构造函数总是返回对象首地址
  mov  esp, ebp
  pop  ebp
  ret  4
??0X@@QAE@H@Z ENDP

从代码中可以看出来，编译器确实暗中插入了代码，来用vtable的首地址初始化vptr指针，并且vptr指针位于对象首地址处。

如果类有继承关系，构造函数又如何初始化vptr指针呢？

下面是c++源码:

class X {
private:
  int i;
public:
  virtual void f() {}
};

class Y : public X {//Y继承自X
private:
  int j;
};




int main() {
 Y y;
}

下面是main函数中的汇编码:

_main  PROC

; 16  : int main() {

  push  ebp
  mov  ebp, esp
  sub  esp, 12          ; 为对象y预留12 byte的空间 vptr指针4byte 父类成员变量4byte 子类成员变量4byte

; 17  : Y y;

  lea  ecx, DWORD PTR _y$[ebp];获取对象y的首地址(即this指针),作为隐含参数传递给构造函数
  call  ??0Y@@QAE@XZ;调用y的构造函数 虽然y没有显示定义构造函数，但由于其含有虚成员函数，编译器提供默认构造函数

; 18  : }

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

下面是子类构造函数汇编码:

??0Y@@QAE@XZ PROC          ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx
  push  ebp
  mov  ebp, esp
  push  ecx;//压栈ecx的目的是存放this指针
  mov  DWORD PTR _this$[ebp], ecx;将this指针(即对象首地址)放到刚才预留空间 ecx里面存放对象首地址
  mov  ecx, DWORD PTR _this$[ebp];将对象首地址给ecx 作为隐含参数传递给父类构造函数
  call  ??0X@@QAE@XZ;调用父类构造函数
  mov  eax, DWORD PTR _this$[ebp];将y的首地址给寄存器eax
  mov  DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Y@@6B@;将y的vtable(??_7Y@@6B@)首地址赋给y对象首地址所指内存 即初始化子类vptr指针
  mov  eax, DWORD PTR _this$[ebp];将y首地址给eax，作为返回值。构造函数总是返回对象首地址
  mov  esp, ebp
  pop  ebp
  ret  0
??0Y@@QAE@XZ ENDP

下面是父类构造函数汇编码:

??0X@@QAE@XZ PROC          ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
  push  ebp
  mov  ebp, esp
  push  ecx;压栈的目的是为了存放this指针(父对象对象首地址)预留空间
  mov  DWORD PTR _this$[ebp], ecx;将父对象对象首地址(ecx中保存)放入刚才预留空间
  mov  eax, DWORD PTR _this$[ebp];将父对象首地址给寄存器eax
  mov  DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;将vtable(??_7X@@6B@ 和子类不同)首地址赋给父对象首地址处的内存 即初始化父对象的vptr指针
  mov  eax, DWORD PTR _this$[ebp];将父对象的首地址传给eax，作为返回值。构造函数总是返回对象首地址
  mov  esp, ebp
  pop  ebp
  ret  0
??0X@@QAE@XZ ENDP

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