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C++对象布局及多态实现的探索(十)

    菱形结构的虚继承(2)

    我们再看一个例子,这个例子的继承结构和上一篇中是一样的,也是菱形结构。不同的是,每一个类都重写了顶层类声明的虚函数。代码如下:
 struct C041
{
    C041() : c_(0x01) {}
    virtual void foo() { c_ = 0x02; }
    char c_;
};
struct C140 : public virtual C041
{
    C140() : c_(0x02) {}
    virtual void foo() { c_ = 0x11; }
    char c_;
};
struct C141 : public virtual C041
{
    C141() : c_(0x03) {}
    virtual void foo() { c_ = 0x12; }
    char c_;
};
struct C150 : public C140, public C141
{
    C150() : c_(0x04) {}
    virtual void foo() { c_ = 0x21; }
    char c_;
};

    首先我们运行下面的代码,看看它们的内存布局。

    PRINT_SIZE_DETAIL(C041)

    PRINT_SIZE_DETAIL(C140)

    PRINT_SIZE_DETAIL(C141)

    PRINT_SIZE_DETAIL(C150)

    结果为:

    The size of C041 is 5

    The detail of C041 is f0 c2 45 00 01

    The size of C140 is 14

    The detail of C140 is 48 c3 45 00 02 00 00 00 00 44 c3 45 00 01

    The size of C141 is 14

    The detail of C141 is 58 c3 45 00 03 00 00 00 00 54 c3 45 00 01

    The size of C150 is 20

    The detail of C150 is 74 c3 45 00 02 68 c3 45 00 03 04 00 00 00 00 64 c3 45 00 01

    和前面的布局不同之处在于,共享部分和前面的非共享部分之间多了4字节的0值。只有共享部分有虚表指针,这是因为派生类都没有定义自己的虚函数,只是重写了顶层类的虚函数。我们分析一下C150的对象布局。

    |C140,5         |C141,5         |C150,1 |zero,4 |C041,5     |

    |ospt,4,15 |m,1 |ospt,4,10 |m,1 |m,1    |4      |vtpt,4 |m1 |

    (注:为了不折行,我用了缩写。ospt代表偏移值指针、m代表成员变量、vtpt代表虚表指针。第一个数字是该区域的大小,即字节数。只有偏移值指针有第二个数字,第二个数字就是偏移值指针指向的偏移值的大小。)

    再看函数的调用:

    C150 obj;

    PRINT_OBJ_ADR(obj)

    obj.foo();

    输出的对象地址为:

    obj's address is : 0012F624

    最后一行函数调用的代码对应的汇编代码为:

    00423F74  lea         ecx,[ebp+FFFFF757h]

    00423F7A  call        0041DCA3

    单步执行后,我们可以看到ecx中的值为:0x0012F633,这个地址也就是obj对象布局中的祖父类部分的起始地址。通过上面的布局分析我们知道C150起始的偏移值指针指向的值为15,即对象起始到共享部分(祖父类部分)的偏移值。上面输出的obj起始地址为0x0012F624加上十进制的15后,正好是我们看到的ecx中的值0x0012f633.

    由于函数调用是作用于对象上,我们看到第二行的call指令是直接到地址的。

    在这里令人困惑的问题是,我们知道ecx是用来传递this指针的。在前一篇中,我们分析了在C110对象上的foo方法调用。在那个例子中,由于foo是顶层类中定义的虚函数,并且没有被下面的派生类重写,因此通过子类对象调用这个方法时,编译器产生的代码是通过子类起始的偏移指针指向的偏移值来计算出祖父类部分的起始地址,并将这个地址做为this指针所指向的地址。但是在C150类中,foo不再是从祖父类继承的,而是被子类自己所重写。照理这时的this指针应该指向子类的起始地址,也就是0x0012F62E,而不是ecx中的值0x0012F633.

    我们跟进去看看C150::foo()的汇编代码,看它是怎样通过指向祖父类部分的this指针,来定位到子类的成员变量。
 01 00426C00  push        ebp
02 00426C01  mov         ebp,esp
03 00426C03  sub         esp,0CCh
04 00426C09  push        ebx
05 00426C0A  push        esi
06 00426C0B  push        edi
07 00426C0C  push        ecx
08 00426C0D  lea         edi,[ebp+FFFFFF34h]
09 00426C13  mov         ecx,33h
10 00426C18  mov         eax,0CCCCCCCCh
11 00426C1D  rep stos    dword ptr [edi]
12 00426C1F  pop         ecx
13 00426C20  mov         dword ptr [ebp-8],ecx
14 00426C23  mov         eax,dword ptr [ebp-8]
15 00426C26  mov         byte ptr [eax-5],21h
16 00426C2A  pop         edi
17 00426C2B  pop         esi
18 00426C2C  pop         ebx
19 00426C2D  mov         esp,ebp
20 00426C2F  pop         ebp
21 00426C30  ret

 

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