浅析C++中的this指针

xiaoxiao2021-02-27  112

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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