從匯編的角度了解C++原理——虛函數-創新互聯

文章目錄

1、虛函數
- 1.1、虛函數儲存結構
- 1.2、子類重寫虛函數
- 1.3、在棧上調用虛函數
- 1.4、在堆上調用虛函數(通過指針調用，多態)

本文用到的反匯編工具是objconv，使用方法可以看我另一篇文章https://blog.csdn.net/weixin_45001971/article/details/128660642。

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從匯編的角度了解C++原理——new和malloc的區別
從匯編的角度了解C++原理——虛函數

1、虛函數 1.1、虛函數儲存結構

在這里插入圖片描述
反匯編。

main:
        sub     rsp, 56                             
        lea     rcx, [rsp+20H]                    
        call    ??0A@@QEAA@XZ      				//調用構造函數                  
        mov     eax, 4294967295                  
        add     rsp, 56                                
        ret                                             
        
??0A@@QEAA@XZ:									//調用A類的構造函數
        mov     qword [rsp+8H], rcx                  
        mov     rax, qword [rsp+8H]                    
        lea     rcx, [rel ??_7A@@6B@]           //獲取虛表??_7A@@6B@的地址
        mov     qword [rax], rcx                //把虛表地址放在對象的頭部      
        mov     rax, qword [rsp+8H]                    
        mov     dword [rax+8H], 10              //在對象首地址偏移8個字節的位置定義d1變量       
        mov     rax, qword [rsp+8H]                     
        ret                                                           

??_7A@@6B@:                     				//A類虛表                       
        dq ?func2@A@@UEAAXXZ                    //虛函數func2

以上例的匯編代碼可以得出帶虛函數的類的儲存結構如下圖所示。
在這里插入圖片描述
帶有虛函數的對象的頭部會放置8個字節大小的虛表地址，有了虛表之后的對象會以8個字節為單位去對齊，如上例中的A類，如果沒有虛函數，它的大小為4個字節，而加了虛函數之后，大小變為了16個字節。

1.2、子類重寫虛函數

在代碼中添加A的子類B，重寫func2方法。
在這里插入圖片描述

反匯編

main:
        sub     rsp, 56                             
        lea     rcx, [rsp+20H]                       
        call    ??0B@@QEAA@XZ          		//調用B類構造                
        mov     eax, 4294967295                        
        add     rsp, 56                                
        ret                                             
        
??0A@@QEAA@XZ:								//A類構造函數
        mov     qword [rsp+8H], rcx                  
        mov     rax, qword [rsp+8H]                     
        lea     rcx, [rel ??_7A@@6B@]     	//把A類虛表的地址放在頭部              
        mov     qword [rax], rcx                      
        mov     rax, qword [rsp+8H]                   
        mov     dword [rax+8H], 10                  
        mov     rax, qword [rsp+8H]           
        ret                                             

??0B@@QEAA@XZ:								//B類構造函數
        mov     qword [rsp+8H], rcx                
        sub     rsp, 40                             
        mov     rcx, qword [rsp+30H]               
        call    ??0A@@QEAA@XZ    			//調用A類構造                   
        mov     rax, qword [rsp+30H]             
        lea     rcx, [rel ??_7B@@6B@]       //把B類虛表的地址放在頭部           
        mov     qword [rax], rcx                    
        mov     rax, qword [rsp+30H]                   
        add     rsp, 40                                 
        ret                                           
       
??_7A@@6B@:                         		//A類虛表                        
        dq ?func2@A@@UEAAXXZ                //A::func2                             
        dq ?func3@A@@UEAAXXZ                //A::func3      
             
??_7B@@6B@:                                 //B類虛表                       
        dq ?func2@B@@UEAAXXZ                //B::func2，被替換為了B實現的func2          
        dq ?func3@A@@UEAAXXZ                //A::func3

從該例中我們可以看到，父類有虛函數時，不光它自己有一張虛表，它的子子孫孫都會各帶有一個自己的虛表，子類重寫虛函數時，會把子類實現的函數指針替換上虛表，把原先父類的函數指針覆蓋掉。

1.3、在棧上調用虛函數

在main里添加方法的調用。
在這里插入圖片描述
反匯編。

main:
        sub     rsp, 56                               
        lea     rcx, [rsp+20H]                         
        call    ??0B@@QEAA@XZ                        
        lea     rcx, [rsp+20H]                        
        call    ?func1@A@@QEAAXXZ   		//調用A::func1                 
        lea     rcx, [rsp+20H]                        
        call    ?func2@B@@UEAAXXZ   		//調用B::func2                       
        lea     rcx, [rsp+20H]                         
        call    ?func3@A@@UEAAXXZ   		//調用A::func3                         
        mov     eax, 4294967295                         
        add     rsp, 56                                
        ret

在棧上調用方法時，因為類型是確定的，所以編譯器在編譯階段就會找到對應的函數去調用，調用過程與普通方法一樣。

1.4、在堆上調用虛函數(通過指針調用，多態)

修改例程如下。
在這里插入圖片描述
反匯編

main:
        sub     rsp, 72                                
        mov     ecx, 16                                
        call    ??2@YAPEAX_K@Z                         
        mov     qword [rsp+28H], rax                   
        cmp     qword [rsp+28H], 0                    
        jz      ?_001                                 
        mov     rcx, qword [rsp+28H]		//定義指針b                   
        call    ??0B@@QEAA@XZ                       
        mov     qword [rsp+30H], rax        //rsp+30H指向對象          
        jmp     ?_002                       //跳到?_002            

?_001:  mov     qword [rsp+30H], 0   
                  
?_002:  mov     rax, qword [rsp+30H]                   
        mov     qword [rsp+38H], rax        //rsp+38H指向對象         
        mov     rax, qword [rsp+38H]        //rax指向對象           
        mov     qword [rsp+20H], rax        //rsp+20H指向對象       
        mov     rcx, qword [rsp+20H]        //rcx指向對象          
        call    ?func1@A@@QEAAXXZ           //調用A::func1       
        mov     rax, qword [rsp+20H]                 
        mov     rax, qword [rax]            //取虛表        
        mov     rcx, qword [rsp+20H]                   
        call    near [rax]                  //執行虛表第一個函數，即B::func2           
        mov     rax, qword [rsp+20H]                   
        mov     rax, qword [rax]                       
        mov     rcx, qword [rsp+20H]                
        call    near [rax+8H]             	//執行虛表第二個函數，即A::func3             
        mov     eax, 4294967295                         
        add     rsp, 72                               
        ret                                          
        
??_7B@@6B@:                                           
        dq ?func2@B@@UEAAXXZ                        
        dq ?func3@A@@UEAAXXZ

從該例可以看到，通過指針來調用函數時。
如果是普通函數，編譯器會直接根據指針類型，找到對應的的方法，而不是根據對象本身的類型，如本例中B類也實現了func1方法，但通過A類指針調用時，寫到匯編里的時A::func1。
如果是虛函數，編譯器不會根據名字來查找函數，而是讓匯編代碼通過虛表中的偏移量來調用，如本例中，b指針執行了func2和func3，這兩個函數都沒有被直接調用，而是以“call near [rax + 偏移量]”的形式調用了，這也是C++中父類指針指向子類對象的多態的實現原理。

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