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。