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用內聯匯編調虛函數, 理解VTABLE原理

虛函數和動態綁定是C++面向對象編程的核心內容之一。要理解C++虛函數的調用本質,就不得不說VPTR和VTABLE。所有擁有虛函數的C++類的大小都比可看到的內容多至少4個字節(如果派生樹中存在多繼承,就可能多于4個字節),這多出來的4個字節就是VPTR,它位于每個實例的最前方。VPTR的內容就是一個unsigned int的地址,指向一個內存區域,而這個被指向的內存區域就是VTABLE,所謂虛函數地址表。每個擁有虛函數的類都擁有一張VTABLE,里面是一個函數指針數組,每4個字節為一個單位,指向虛函數的入口地址。C++在調用虛函數時,首先要通過這個類的實例內容看到VPTR,從而找到VTABLE,然后根據要調用的虛函數,取相應偏移地址的內容,從而把調用轉到這個位置。

以下是我用VC內聯匯編編寫的一個手工模擬此過程的示例,通過例子中的代碼可以清楚的看出虛函數的調用過程。首先定義一個類,它有一個虛函數:


class ?Class1
{
?
int
?i;
public
:
?Class1(
int ?i)? {? this -> i? = ?i;?}

?
virtual ? void ?Print( int ?a,? int ?b)? {?printf( " i=%d?a=%d?b=%d " ,?i,?a,?b);?}
}
;

如果取這個類的大小,可以看到結果是8而不是4。
下面聲明這個類的一個實例,并取得其VTABLE中第一個元素的值:

?Class1 * ?pC? = ? new ?Class1( 1 );
?
int ?addr? = ? * ( int * )( * ( int * )pC);

注意取值的這一行運用了復雜的強制類型轉換。我把它拆開解釋一下。首先是取得對象pC的前四個字節的內容,只要把pC轉換成int*然后直接取值就行了:
?*(int*)pC

下一步是把取得的這個值當作是一個指針,也就是再進行一次強制類型轉換:
?(int*)(*(int*)pC)

最后取這個指針所指內存的內容,也就是VTABLE中第一個函數的地址了:
?*(int*)(*(int*)pC)

取得這個地址以后,下面就用匯編代碼來調用這個地址所指的函數:

?__asm
?
{
??mov?ecx,?pC;
??push?
3
;
??push?
2
;
??call?addr;
?}


注意調用類的非靜態成員函數時需要先把對應實例的地址放到ECX寄存器中,也就是平常所說的“隱藏參數”了,然后為函數Print壓兩個參數進棧,根據運行的結果可以明顯看出來調用類成員函數時也是從右向左壓棧的,最后用call語句調用函數。不難發現調用類成員函數在參數個數確定時也是由被調用者負責彈棧,看來類成員函數也是可以聲明為參數個數可變的函數了。

最后,執行程序,得到結果:
i=1 a=2 b=3?

posted on 2006-11-19 04:13 Jerry Cat 閱讀(2866) 評論(4)  編輯 收藏 引用

FeedBack:
# re: 用內聯匯編調虛函數, 理解VTABLE原理
2006-11-19 08:16 | Aki
"不難發現調用類成員函數時也是由被調用者負責彈棧,看來類成員函數是不能聲明為參數個數可變的函數了"

可變個數參數函數跟壓棧有關系還是彈棧有關系?  回復  更多評論
  
# re: 用內聯匯編調虛函數, 理解VTABLE原理
2006-11-19 08:48 | Aki
再請教一個問題:如果this -> i = i;不加this-> 結果編譯器也沒有給加:
mov ecx, DWORD PTR _i$[ebp]
mov DWORD PTR _i$[ebp], ecx
這個是編譯器的規定么,不能自動給加上么:
mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp]
mov edx, DWORD PTR _i$[ebp]
mov DWORD PTR [ecx+4], edx
多謝!!  回復  更多評論
  
# re: 用內聯匯編調虛函數, 理解VTABLE原理
2006-11-21 01:19 | Jerry Cat
已改 - 類成員函數是可以聲明為參數個數可變的函數。
thiscall是C++成員函數調用的缺省約定.
(1). 參數從右向左入棧
(2). 如果參數個數確定,this指針通過ecx傳遞給被調用者;如果參數個數不確定,this指針在所有參數壓棧后被壓入堆棧。
(3). 對參數個數不定的,調用者清理堆棧,否則函數自己清理堆棧  回復  更多評論
  
# re: 用內聯匯編調虛函數, 理解VTABLE原理
2007-11-13 16:59 |
好  回復  更多評論
  

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