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浅析C++中的this指针 通过空指针(NULL)可以正确调用一些类的成员函数?

2014-09-10 21:26 609 查看
/article/1360345.html

有下面的一个简单的类:
class CNullPointCall

{

public:

static void Test1();

void Test2();

void Test3(int iTest);

void Test4();

private:

static int m_iStatic;

int m_iTest;

};

int CNullPointCall::m_iStatic = 0;

void CNullPointCall::Test1()

{

cout << m_iStatic << endl;

}

void CNullPointCall::Test2()

{

cout << "Very Cool!" << endl;

}

void CNullPointCall::Test3(int iTest)

{

cout << iTest << endl;

}

void CNullPointCall::Test4()

{

cout << m_iTest << endl;

}

那么下面的代码都正确吗?都会输出什么?
CNullPointCall *pNull = NULL; // 没错,就是给指针赋值为空

pNull->Test1(); // call 1

pNull->Test2(); // call 2

pNull->Test3(13); // call 3

pNull->Test4(); // call 4

你肯定会很奇怪我为什么这么问。一个值为NULL的指针怎么可以用来调用类的成员函数呢?!可是实事却很让人吃惊:除了call 4那行代码以外,其余3个类成员函数的调用都是成功的,都能正确的输出结果,而且包含这3行代码的程序能非常好的运行。

经过细心的比较就可以发现,call 4那行代码跟其他3行代码的本质区别:类CNullPointCall的成员函数中用到了this指针。

对于类成员函数而言,并不是一个对象对应一个单独的成员函数体,而是此类的所有对象共用这个成员函数体。 当程序被编译之后,此成员函数地址即已确定。而成员函数之所以能把属于此类的各个对象的数据区别开, 就是靠这个this指针。函数体内所有对类数据成员的访问, 都会被转化为this->数据成员的方式。

而一个对象的this指针并不是对象本身的一部分,不会影响sizeof(“对象”)的结果。this作用域是在类内部,当在类的非静态成员函数中访问类的非静态成员的时候,编译器会自动将对象本身的地址作为一个隐含参数传递给函数。也就是说,即使你没有写上this指针,编译器在编译的时候也是加上this的,它作为非静态成员函数的隐含形参,对各成员的访问均通过this进行。

对于上面的例子来说,this的值也就是pNull的值。也就是说this的值为NULL。而Test1()是静态函数,编译器不会给它传递this指针,所以call 1那行代码可以正确调用(这里相当于CNullPointCall::Test1());对于Test2()和Test3()两个成员函数,虽然编译器会给这两个函数传递this指针,但是它们并没有通过this指针来访问类的成员变量,因此call 2和call 3两行代码可以正确调用;而对于成员函数Test4()要访问类的成员变量,因此要使用this指针,这个时候发现this指针的值为NULL,就会造成程序的崩溃。

其实,我们可以想象编译器把Test4()转换成如下的形式:
void CNullPointCall::Test4(CNullPointCall *this)

{

cout << this->m_iTest << endl;

}

而把call 4那行代码转换成了下面的形式:
CNullPointCall::Test4(pNull);

所以会在通过this指针访问m_iTest的时候造成程序的崩溃。

下面通过查看上面代码用VC 2005编译后的汇编代码来详细解释一下神奇的this指针。

上面的C++代码编译生成的汇编代码是下面的形式:
CNullPointCall *pNull = NULL;

0041171E mov dword ptr [pNull],0

pNull->Test1();

00411725 call CNullPointCall::Test1 (411069h)

pNull->Test2();

0041172A mov ecx,dword ptr [pNull]

0041172D call CNullPointCall::Test2 (4111E0h)

pNull->Test3(13);

00411732 push 0Dh

00411734 mov ecx,dword ptr [pNull]

00411737 call CNullPointCall::Test3 (41105Ah)

pNull->Test4();

0041173C mov ecx,dword ptr [pNull]

0041173F call CNullPointCall::Test4 (411032h)

通过比较静态函数Test1()和其他3个非静态函数调用所生成的的汇编代码可以看出:非静态函数调用之前都会把指向对象的指针pNull(也就是this指针)放到ecx寄存器中(mov ecx,dword ptr [pNull])。这就是this指针的特殊之处。看call 3那行C++代码的汇编代码就可以看到this指针跟一般的函数参数的区别:一般的函数参数是直接压入栈中(push 0Dh),而this指针却被放到了ecx寄存器中。在类的非成员函数中如果要用到类的成员变量,就可以通过访问ecx寄存器来得到指向对象的this指针,然后再通过this指针加上成员变量的偏移量来找到相应的成员变量。

下面再通过另外一个例子来说明this指针是怎样被传递到成员函数中和如何使用this来访问成员变量的。

依然是一个很简单的类:
class CTest

{

public:

void SetValue();

private:

int m_iValue1;

int m_iValue2;

};

void CTest::SetValue()

{

m_iValue1 = 13;

m_iValue2 = 13;

}

用如下的代码调用成员函数:
CTest test;

test.SetValue();

上面的C++代码的汇编代码为:
CTest test;

test.SetValue();

004117DC lea ecx,[test]

004117DF call CTest::SetValue (4111CCh)

同样的,首先把指向对象的指针放到ecx寄存器中;然后调用类CTest的成员函数SetValue()。地址4111CCh那里存放的其实就是一个转跳指令,转跳到成员函数SetValue()内部。
004111CC jmp CTest::SetValue (411750h)

而411750h才是类CTest的成员函数SetValue()的地址。
void CTest::SetValue()

{

00411750 push ebp

00411751 mov ebp,esp

00411753 sub esp,0CCh

00411759 push ebx

0041175A push esi

0041175B push edi

0041175C push ecx // 1

0041175D lea edi,[ebp-0CCh]

00411763 mov ecx,33h

00411768 mov eax,0CCCCCCCCh

0041176D rep stos dword ptr es:[edi]

0041176F pop ecx // 2

00411770 mov dword ptr [ebp-8],ecx // 3

m_iValue1 = 13;

00411773 mov eax,dword ptr [this] // 4

00411776 mov dword ptr [eax],0Dh // 5

m_iValue2 = 13;

0041177C mov eax,dword ptr [this] // 6

0041177F mov dword ptr [eax+4],0Dh // 7

}

00411786 pop edi

00411787 pop esi

00411788 pop ebx

00411789 mov esp,ebp

0041178B pop ebp

0041178C ret

下面对上面的汇编代码中的重点行进行分析:

1、将ecx寄存器中的值压栈,也就是把this指针压栈。

2、ecx寄存器出栈,也就是this指针出栈。

3、将ecx的值放到指定的地方,也就是this指针放到[ebp-8]内。

4、取this指针的值放入eax寄存器内。此时,this指针指向test对象,test对象只有两个int型的成员变量,在test对象内存中连续存放,也就是说this指针目前指向m_iValue1。

5、给寄存器eax指向的地址赋值0Dh(十六进制的13)。其实就是给成员变量m_iValue1赋值13。

6、同4。

7、给寄存器eax指向的地址加4的地址赋值。在4中已经说明,eax寄存器内存放的是this指针,而this指针指向连续存放的int型的成员变量m_iValue1。this指针加4(sizeof(int))也就是成员变量m_iValue2的地址。因此这一行就是给成员变量m_iValue2赋值。

通过上面的分析,我们可以从底层了解了C++中this指针的实现方法。虽然不同的编译器会使用不同的处理方法,但是C++编译器必须遵守C++标准,因此对于this指针的实现应该都是差不多的。
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