C++中虚函数的调用及对象的内部布局是什么样的

C++中虚函数的调用及对象的内部布局是什么样的，很多新手对此不是很清楚，为了帮助大家解决这个难题，下面小编将为大家详细讲解，有这方面需求的人可以来学习下，希望你能有所收获。

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这次我依然用分析C++代码编译后生成的汇编代码来说明C++中虚函数调用的实现方法，顺便也说明一下C++中的对象内部布局。下面所有的汇编代码都是用VC2005编译出来的。虽然，不同的编译器可能会编译出不同的结果，对象的内部布局也不尽相同；但是，只要是符合C++标准的编译器，编译结果和对象的内部布局应该是大同小异。

    首先，是一个有着简单继承关系的两个类： class CBase
{
public:
    virtual void VFun1() = 0;
    virtual void VFun2() = 0;
    void Fun1();
};

// 这里仅仅是为了生成函数的汇编代码，因此函数体为空
void CBase::Fun1()
{
}

class CDerived : public CBase
{
public:
    virtual void VFun1();
    virtual void VFun2();
    void Fun2();
private:
    int m_iValue1;
    int m_iValue2;
};

// 这里仅仅是为了生成函数的汇编代码，因此函数体为空
void CDerived::VFun1()
{
}

// 这里仅仅是为了生成函数的汇编代码，因此函数体为空
void CDerived::VFun2()
{
}

// 这里是为了分析对象的内部布局，因此仅仅是给成员变量赋值
void CDerived::Fun2()
{
    m_iValue1 = 13;
    m_iValue2 = 13;
}
    现在用下面的代码来调用成员函数：

CDerived derived;

// 用对象调用虚函数
derived.VFun1();
derived.VFun2();
// 用对象调用非虚函数
derived.Fun1();
derived.Fun2();

// 用指向派生类的基类的指针调用虚函数，实现多态
CBase *pTest = &derived;
pTest->VFun1();
pTest->VFun2();
    下面就是用VC2005编译上面的代码后生成的汇编代码：

    CDerived derived;
0041195E  lea         ecx,[derived]
00411961  call        CDerived::CDerived (411177h)

// 代码段1
    derived.VFun1();
00411966  lea         ecx,[derived]
00411969  call        CDerived::VFun1 (411078h)
    derived.VFun2();
0041196E  lea         ecx,[derived]
00411971  call        CDerived::VFun2 (4111B8h)
    derived.Fun1();
00411976  lea         ecx,[derived]
00411979  call        CBase::Fun1 (411249h)
    derived.Fun2();
0041197E  lea         ecx,[derived]
00411981  call        CDerived::Fun2 (4111BDh)

// 代码段2
    CBase *pTest = &derived;
00411986  lea         eax,[derived]
00411989  mov         dword ptr [pTest],eax
    pTest->VFun1();
0041198C  mov         eax,dword ptr [pTest] // 行1
0041198F  mov         edx,dword ptr [eax] // 行2
00411991  mov         esi,esp
00411993  mov         ecx,dword ptr [pTest]
00411996  mov         eax,dword ptr [edx] // 行3
00411998  call        eax // 行4 
0041199A  cmp         esi,esp
0041199C  call        @ILT+495(__RTC_CheckEsp) (4111F4h)
    pTest->VFun2();
004119A1  mov         eax,dword ptr [pTest]
004119A4  mov         edx,dword ptr [eax]
004119A6  mov         esi,esp
004119A8  mov         ecx,dword ptr [pTest]
004119AB  mov         eax,dword ptr [edx+4] // 行5
004119AE  call        eax 
004119B0  cmp         esi,esp
004119B2  call        @ILT+495(__RTC_CheckEsp) (4111F4h)
    通过对代码段1的观察我们可以发现：通过对象调用类的虚成员函数和调用非虚成员函数是相同的（对调用成员函数的汇编代码的分析可以看我的那篇《浅析C++中的this指针》）。也就是说，用对象是无法实现多态的。
    下面主要来分析实现多态的代码段2。
    行1、将pTest指针指向的地址前2个字（4个字节，也就是32位系统中一个指针的大小）的内容当成一个指针放到eax寄存器中
    行2、将eax寄存器中的指针的值放入edx寄存器
    行3、将dex寄存器中的指针的值放入eax寄存器
    行4、调用eax寄存器指向的函数
    这样分析似乎对怎样调用对象derived的虚函数VFun1()并不是很清楚。那么我们先来看下面的这张图：

    这张图是一个假设的对象derived在内存中的内部布局图。指针pTest指向对象derived，而对象derived的前4个字节是一个虚表指针，指向虚函数表。
    看着这张图再来分析上面的汇编代码就会清晰很多：
    行1、取得虚表指针值放入eax寄存器中
    行2、取得虚表指针的值放入edx寄存器中
    行3、取得虚表指针指向的地址的值（也就是VFun1）放入eax寄存器中
    行4、调用eax寄存器指向的函数
    行5证明了上面图中对虚函数表的假设。第二个虚函数VFun2()的地址就是通过在第一虚函数VFun1()的地址加4（32位系统中一个指针的大小）而得到的。
    通过上面的分析，可以得出C++中虚函数的调用方法：首先，取得对象中的虚表指针；然后，通过虚表指针找到相应的虚表；最后，通过在虚表内的偏移量找到相应的函数来调用。
    下面通过分析类CDerived的非虚成员函数Fun2()来证明上面图中虚函数表指针的存在。

void CDerived::Fun2()
{
004118F0  push        ebp 
004118F1  mov         ebp,esp
004118F3  sub         esp,0CCh
004118F9  push        ebx 
004118FA  push        esi 
004118FB  push        edi 
004118FC  push        ecx 
004118FD  lea         edi,[ebp-0CCh]
00411903  mov         ecx,33h
00411908  mov         eax,0CCCCCCCCh
0041190D  rep stos    dword ptr es:[edi]
0041190F  pop         ecx 
00411910  mov         dword ptr [ebp-8],ecx
    m_iValue1 = 13;
00411913  mov         eax,dword ptr [this] // 行6
00411916  mov         dword ptr [eax+4],0Dh // 行7
    m_iValue2 = 13;
0041191D  mov         eax,dword ptr [this]
00411920  mov         dword ptr [eax+8],0Dh
}
00411927  pop         edi 
00411928  pop         esi 
00411929  pop         ebx 
0041192A  mov         esp,ebp
0041192C  pop         ebp 
0041192D  ret 
    上面是类CDerived的非虚成员函数Fun2()的汇编代码。可以看到，行6是将this指向的地址放入eax寄存器，而行7是给this指针指向的地址加4的地址赋值（具体的分析，可以看《浅析C++中的this指针》），而这个地址里面存放的是类CDerived的第一个成员变量。我们知道this指针是指向对象首地址的，那么为什么要给第一个成员变量赋值的时候要向后移动4个字节？答案是因为对象的前4个字节是用来存放虚表指针的。
    下面的代码是《浅析C++中的this指针》一文中的不含虚函数的类的C++代码和编译后的汇编代码：

class CTest
{
public:
    void SetValue();

private:
    int m_iValue1;
    int m_iValue2;
};

void CTest::SetValue()
{
    m_iValue1 = 13;
    m_iValue2 = 13;
}

void CTest::SetValue()
{
004117E0  push        ebp 
004117E1  mov         ebp,esp
004117E3  sub         esp,0CCh
004117E9  push        ebx 
004117EA  push        esi 
004117EB  push        edi 
004117EC  push        ecx 
004117ED  lea         edi,[ebp-0CCh]
004117F3  mov         ecx,33h
004117F8  mov         eax,0CCCCCCCCh
004117FD  rep stos    dword ptr es:[edi]
004117FF  pop         ecx 
00411800  mov         dword ptr [ebp-8],ecx
    m_iValue1 = 13;
00411803  mov         eax,dword ptr [this] // 行8
00411806  mov         dword ptr [eax],0Dh // 行9
    m_iValue2 = 13;
0041180C  mov         eax,dword ptr [this]
0041180F  mov         dword ptr [eax+4],0Dh
}
00411816  pop         edi 
00411817  pop         esi 
00411818  pop         ebx 
00411819  mov         esp,ebp
0041181B  pop         ebp 
0041181C  ret 
    通过行8、行9和行6、行7的比较就可以看出：类CTest的对象前4个字节存放的是自己的第一个成员变量；而类CDerived的对象从第5个字节开始才是存放的自己的第一个成员变量，它的前4个字节是用来存放虚表指针的。这再一次证明了上面图中对象内部布局的正确

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