從彙編層面深度剖析C 虛函式

2021-05-25 02:53:26 字數 2262 閱讀 9145

虛函式是c++語言實現執行時多型的唯一手段,因此掌握c++虛函式也成為c++程式設計師是否合格的試金石。csdn網友所發的一篇博文《vc虛函式布局引發的問題》 從彙編角度分析了物件虛函式表的構,以及c++指標或者引用是如何利用這個表來實現執行時多型。

誠然,c++虛函式的結構會因編譯器不同而異,但所使用的原理是一樣的。為此,本文使用linux平台下的g++編譯器,試圖從彙編的層面上分析虛函式表的結構,以及如何利用它來實現執行時多型。

組合語言是難讀的,特別是對一些沒有彙編基礎的朋友,因此,本文將彙編翻譯成相應的c語言,以方便讀者分析問題。

1. **

2. 兩個類的虛函式表(vtable)

使用g++ –wall –s test.cpp命令,可以將上述的c++**生成它相應的彙編**。

_ztv4base是乙個資料符號,它的命名規則是根據g++的內部規則來命名的,如果你想檢視它真正表示c++的符號名,可使用c++filt命令來轉換,例如:

[lyt@t468 ~]$ c++filt _ztv4base

vtable for base

_ztv4base符號(或者變數)可看作為乙個陣列,它的第一項是0,第二項_zit4base是關於base的型別資訊,這與typeid有關。為方便討論,我們略去此二項資料。 因此base類的vtable的結構,翻譯成相應的c語言定義如下:

而derive的更是類似,只有稍為有點不同:

相應的c語言定義如下:

從上面兩個類的vtable可以看到,derive的vtable中的第一項重寫了base類vtable的第一項。只要子類重寫了基類的虛函式,那麼子類vtable相應的項就會更改父類的vtable表項。 這一過程是編譯器自動處理的,並且每個的類的vtable內容都放在資料段裡面。

3. 誰讓物件與vtable綁到一起

上述**只是定義了每個類的vtable的內容,但我們知道,帶有虛函式的物件在它內部都有乙個vtable指標,指向這個vtable,那麼是何時指定的呢? 只要看看建構函式的彙編**,就一目了然了:

base::base()函式的編譯**如下:

zn4basec1ev這個符號是c++函式base::base() 的內部符號名,可使用c++flit將它還原。c++裡的class,可以定義資料成員,函式成員兩種。但轉化到彙編層面時,每個物件裡面真正存放的是資料成員,以及虛函式表。

在上面的base類中,由於沒有資料成員,因此它只有乙個vtable指標。故base類的定義,可以寫成如下相應的c**:

建構函式中最關鍵的兩句是:

movl    8(%ebp), %eax

movl    $_ztv4base+8, (%eax)

$_ztv4base+8 就是base類的虛函式表的開始位置,因此,建構函式對應的c**如下:

同樣地,derive類的建構函式如下:

4. 實現執行時多型的最關鍵一步

在造構函式裡面設定好的vtable的值,顯然,同一型別所有物件內的vtable值都是一樣的,並且永遠不會改變。下面是main函式生成的彙編**,它展示了c++如何利用vtable來實現執行時多型。

andl    $-16, %esp

subl    $32, %esp

這兩句是為區域性變數d和bp在堆疊上分配空間,也即如下的語句:

derive d;  

base *pb;

leal    24(%esp), %eax

movl    %eax, (%esp)

call    _zn6derivec1ev

derive::dervice(&d);

leal    24(%esp), %eax

movl    %eax, 28(%esp)

這裡其實是將&d的值賦給pb,也即:

pb = &d;

最關鍵的**是下面這一段:

翻譯成c語言也就傳神的那句:

pb->vtable[0](bp);

編譯器會記住f虛函式放在vtable的第0項,這是編譯時資訊。

5. 小結

這裡省略了很多關於編譯器和c++的細枝未節,是出於討論方便用的需要。從上面的編譯**可以看到以下資訊:

1.每個類都有各有的vtable結構,編譯會正確填寫它們的虛函式表

2. 物件在建構函式時,設定vtable值為該類的虛函式表

3.在指標或者引用時呼叫虛函式,是通過object->vtable加上虛函式的offset來實現的。

當然這僅僅是g++的實現方式,它和vc++的略有不同,但原理是一樣的。

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