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yanzhong.lee
作者按：
從這篇文章中，我們主要會認識到一下幾點：
一、不類中的特征標相同的同名函數，它們是不同的函數，原因就是類具有“名稱空間”的功能；
二、類的對象是不包含類聲明中所提到的成員函數所占的內存，對象只包含類聲明中非static成員數據，如類聲明中有虛函數，則對象還會有個vtbl指針。同一個類的所有對象都是使用同一份成員函數拷貝。
三、VS編譯器是如何實現函數的重載的，以及如何使用this指針的。
這是寫給C++初學者的文章，高手就不用浪費您寶貴的時間看了。
我們知道在同一個類中函數不能完全相同，當然可以重載了，我所要說的是函數名以及它的特征標完全一樣的函數在類中只能有一個，但是在不同的類中可以同時存在函數名以及特征標完全一致的函數，這個是為什么呢？這個就是C++類的功勞，這個有點類似於C++中的“名稱空間”功能。
那么這些C++語言特性又是如何得到C++編譯支持的呢？
為了研究這個問題，我特地寫了一個測試程序如下：
//CTestA類
class CTestA{
public:
CTestA();
~CTestA();
int func(int param);
float func(float param);
private:
int m_value;
float m_float;
};
int CTestA::func(int param)
{
m_value += 1;
return 0;
}
float CTestA::func(float param)
{
m_float += 1.0;
return m_float;
}
CTestA::CTestA()
{
m_value = 0;
m_float = 0.0;
}
CTestA::~CTestA()
{
}
//CTestB類
class CTestB{
public:
CTestB();
~CTestB();
int func(int param);
private:
int m_value;
};
int CTestB::func(int param)
{
m_value += 1;
return 0;
}
CTestB::CTestB()
{
m_value = 0;
}
CTestB::~CTestB()
{
}
//main函數
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
float x = 2.0;
CTestA testA;
CTestB testB;
testA.func(1);
testA.func(x); //OK
testA.func(2.0f); //Ok
//testA.func(2.0); //error ambiguous call
testB.func(2);
return 0;
}
上面是源代碼，我們在VS2005中看到的對應的匯編代碼是這樣的：
--- f:\game\classtest\classtest\classtest.cpp ----------------------------------
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
00411610 push ebp
00411611 mov ebp,esp
00411613 push 0FFFFFFFFh
00411615 push offset __ehhandler$_wmain (414830h)
0041161A mov eax,dword ptr fs:[00000000h]
00411620 push eax
00411621 sub esp,0F4h
00411627 push ebx
00411628 push esi
00411629 push edi
0041162A lea edi,[ebp-100h]
00411630 mov ecx,3Dh
00411635 mov eax,0CCCCCCCCh
0041163A rep stos dword ptr es:[edi]
0041163C mov eax,dword ptr [___security_cookie (418000h)]
00411641 xor eax,ebp
00411643 push eax
00411644 lea eax,[ebp-0Ch]
00411647 mov dword ptr fs:[00000000h],eax
float x = 2.0;
0041164D fld dword ptr [__real@40000000 (416750h)]
00411653 fstp dword ptr [ebp-14h]
CTestA testA;
00411656 lea ecx,[ebp-24h]
00411659 call CTestA::CTestA (411163h)
0041165E mov dword ptr [ebp-4],0
CTestB testB;
00411665 lea ecx,[ebp-30h]
00411668 call CTestB::CTestB (41116Dh)
0041166D mov byte ptr [ebp-4],1
testA.func(1);
00411671 push 1
00411673 lea ecx,[ebp-24h]
00411676 call CTestA::func (4110F0h)
testA.func(x);
0041167B push ecx
0041167C fld dword ptr [ebp-14h]
0041167F fstp dword ptr [esp]
00411682 lea ecx,[ebp-24h]
00411685 call CTestA::func (4110EBh)
0041168A fstp st(0)
testA.func(2.0f);
0041168C push ecx
0041168D fld dword ptr [__real@40000000 (416750h)]
00411693 fstp dword ptr [esp]
00411696 lea ecx,[ebp-24h]
00411699 call CTestA::func (4110EBh)
0041169E fstp st(0)
//testA.func(2.0); //error ambiguous call
testB.func(2);
004116A0 push 2
004116A2 lea ecx,[ebp-30h]
004116A5 call CTestB::func (4110B9h)
return 0;
004116AA mov dword ptr [ebp-0FCh],0
004116B4 mov byte ptr [ebp-4],0
004116B8 lea ecx,[ebp-30h]
004116BB call CTestB::~CTestB (4110FFh)
004116C0 mov dword ptr [ebp-4],0FFFFFFFFh
004116C7 lea ecx,[ebp-24h]
004116CA call CTestA::~CTestA (411104h)
004116CF mov eax,dword ptr [ebp-0FCh]
}
004116D5 push edx
004116D6 mov ecx,ebp
004116D8 push eax
004116D9 lea edx,[ (411708h)]
004116DF call @ILT+135(@_RTC_CheckStackVars@8) (41108Ch)
004116E4 pop eax
004116E5 pop edx
004116E6 mov ecx,dword ptr [ebp-0Ch]
004116E9 mov dword ptr fs:[0],ecx
004116F0 pop ecx
004116F1 pop edi
004116F2 pop esi
004116F3 pop ebx
004116F4 add esp,100h
004116FA cmp ebp,esp
004116FC call @ILT+345(__RTC_CheckEsp) (41115Eh)
00411701 mov esp,ebp
00411703 pop ebp
00411704 ret
00411705 lea ecx,[ecx]
00411708 db 02h
00411709 db 00h
0041170A db 00h
0041170B db 00h
0041170C db 10h
0041170D db 17h
0041170E db 41h
0041170F db 00h
00411710 db dch
00411711 db ffh
00411712 db ffh
00411713 db ffh
00411714 db 08h
00411715 db 00h
00411716 db 00h
00411717 db 00h
00411718 db 2eh
00411719 db 17h
0041171A db 41h
0041171B db 00h
0041171C db d0h
0041171D db ffh
0041171E db ffh
0041171F db ffh
00411720 db 04h
00411721 db 00h
00411722 db 00h
00411723 db 00h
00411724 db 28h
00411725 db 17h
00411726 db 41h
00411727 db 00h
00411728 db 74h
00411729 db 65h
0041172A db 73h
0041172B db 74h
0041172C db 42h
0041172D db 00h
0041172E db 74h
0041172F db 65h
00411730 db 73h
00411731 db 74h
00411732 db 41h
00411733 db 00h
--- No source file -------------------------------------------------------------
我們看到匯編代碼中用藍色標出的兩條匯編語句，就是兩條調用兩個類中func函數的跳轉語句。
00411676 call CTestA::func (4110F0h)
004116A5 call CTestB::func (4110B9h)
其中，00411676和004116A5是這個兩個語句的本身地址，而在每條語句的最后面用括號括起來的，如 (4110F0h)
和(4110B9h) 都是call指令要去的目的地址，這還不是func函數所在內存的地址，只是一個跳轉指令的地址。我們可以看出這個兩個函數的地址是不一樣的，這個就說明兩個類中具有相同特征標的同名方法，在內存中有不占據不同的內存區域。那么編譯器是如何區別這樣的函數呢，我們從上面藍色標志的兩句匯編語句就可以知道，是使用了類的作用域來表示，如CTestA::和CTestB::，這類似於“名稱空間”功能。
下面的代碼片段，就是在語句“00411676 call CTestA::func (4110F0h) ”處按F11跳轉到的目的地。如下面紅色標志的一句。
004110F0 jmp CTestA::func (4113F0h)
這紅色標志的語句jmp CTestA::func(4113F0h)才真正的跳到類CTestA中的func內存處，而該函數的首地址就是4113F0h，如下代碼段（紅色標志的一句）：
int CTestA::func(int param)
{
004113F0 push ebp
004113F1 mov ebp,esp
004113F3 sub esp,0CCh
004113F9 push ebx
004113FA push esi
004113FB push edi
004113FC push ecx
004113FD lea edi,[ebp-0CCh]
00411403 mov ecx,33h
00411408 mov eax,0CCCCCCCCh
0041140D rep stos dword ptr es:[edi]
0041140F pop ecx
00411410 mov dword ptr [ebp-8],ecx
m_value += 1;
00411413 mov eax,dword ptr [this]
00411416 mov ecx,dword ptr [eax]
00411418 add ecx,1
0041141B mov edx,dword ptr [this]
0041141E mov dword ptr [edx],ecx
return 0;
00411420 xor eax,eax
}
00411422 pop edi
00411423 pop esi
00411424 pop ebx
00411425 mov esp,ebp
00411427 pop ebp
00411428 ret 4
--- No source file -------------------------------------------------------------
同理我們看看第二條語句“call CTestB::func (4110B9h) ”該語句是跳到地址4110B9h處，如下面的代碼：
004110B9 jmp CTestB::func (411530h)
該語句是一條跳轉指令，同上，該指令會跳到正真的成員函數所在的內存地址處（00411530 ），代碼如下所示：
int CTestB::func(int param)
{
00411530 push ebp
00411531 mov ebp,esp
00411533 sub esp,0CCh
00411539 push ebx
0041153A push esi
0041153B push edi
0041153C push ecx
0041153D lea edi,[ebp-0CCh]
00411543 mov ecx,33h
00411548 mov eax,0CCCCCCCCh
0041154D rep stos dword ptr es:[edi]
0041154F pop ecx
00411550 mov dword ptr [ebp-8],ecx
m_value += 1;
00411553 mov eax,dword ptr [this]
00411556 mov ecx,dword ptr [eax]
00411558 add ecx,1
0041155B mov edx,dword ptr [this]
0041155E mov dword ptr [edx],ecx
return 0;
00411560 xor eax,eax
}
00411562 pop edi
00411563 pop esi
00411564 pop ebx
00411565 mov esp,ebp
00411567 pop ebp
00411568 ret 4
小結一下：
不同類中具有相同特征標的同名方法，編譯器是通過類的作用域操作符（::）來區分的，這樣的函數分別有自己的內存空間，這點可以從上面它們具有不同的內存地址可以得到證實。
同一個類的所有實例對象都是使用內存中的同一組成員方法拷貝，所以類的成員方法不屬於任何一個對象，所有的對象共享內存中的同一份成員函數拷貝；因此一個類的對象只包含類聲明中的數據部分，包括一個VTBL指針數據（如果該類中有virtual成員函數的話），那么如果某個對象要使用類聲明中的某個成員函數怎么辦呢？這個就涉及到C++編譯中引入的this指針了，這this指針就是指向調用成員函數的對象內存的地址；我們以程序為證：
我修改過了上面的main函數，如下：
主要看下面用紅色標志的地方，我用同一類聲明了兩個對象testA和testA2，然后我們再看看VS2005編譯是如何處理對象調用函數的，還是看VS給出的匯編代碼吧。
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
float x = 2.0;
CTestA testA;
CTestA testA2;
CTestB testB;
testA.func(1);
testA2.func(4);
testA.func(x);
testA.func(2.0f);
//testA.func(2.0); //error ambiguous call
testB.func(2);
return 0;
}
匯編代碼如如下：
這次我只給出有關這兩個對象的匯編代碼片段：
testA.func(1);
0041167D push 1
0041167F lea ecx,[ebp-24h]
00411682 call CTestA::func (4110F0h)
testA2.func(4);
00411687 push 4
00411689 lea ecx,[ebp-34h]
0041168C call CTestA::func (4110F0h)
可以看出一個類的不同對象，調用的成員函數func地址是一樣的，這就證明了我們上面的結論 ——“一個類的不同對象是共享同內存處的同一組函數拷貝”。
那么我們接下來就是要證明的就是對象只包含數據不包含函數而且成員函數是通過this指針來區別同一類的不同對象的？？？？
我們還是看匯編代碼吧，我們在上面的兩條紅色標志的代碼處分別按下F11兩次，第一次按F11是跳到如下語句
004110F0 jmp CTestA::func (4113F0h)
第二次按F11就會到達成員函數func所在的內存處，匯編代碼如下：
int CTestA::func(int param)
{
004113F0 push ebp
004113F1 mov ebp,esp
004113F3 sub esp,0CCh
004113F9 push ebx
004113FA push esi
004113FB push edi
004113FC push ecx
004113FD lea edi,[ebp-0CCh]
00411403 mov ecx,33h
00411408 mov eax,0CCCCCCCCh
0041140D rep stos dword ptr es:[edi]
0041140F pop ecx
00411410 mov dword ptr [ebp-8],ecx
m_value += 1;
00411413 mov eax,dword ptr [this]
00411416 mov ecx,dword ptr [eax]
00411418 add ecx,1
0041141B mov edx,dword ptr [this]
0041141E mov dword ptr [edx],ecx
return 0;
00411420 xor eax,eax
}
看到沒有在操作具體數據時用到了this指針，我們用VS提供的QuichWatch功能，就看到this的地址，以及它所指向的對象的值：
this值為0x0012ff44
this所指向的對象值為{m_value=0 m_float=0.00000000}
我們還沒有證明我們剛才所說的結論，還必須要看一下this所指向的下一個對象的地址，也就說在用下一個對象（testA2）調用成員函數時的this指針的值。
還是看匯編代碼比較有說服力：
int CTestA::func(int param)
{
004113F0 push ebp
004113F1 mov ebp,esp
004113F3 sub esp,0CCh
004113F9 push ebx
004113FA push esi
004113FB push edi
004113FC push ecx
004113FD lea edi,[ebp-0CCh]
00411403 mov ecx,33h
00411408 mov eax,0CCCCCCCCh
0041140D rep stos dword ptr es:[edi]
0041140F pop ecx
00411410 mov dword ptr [ebp-8],ecx
m_value += 1;
00411413 mov eax,dword ptr [this]
00411416 mov ecx,dword ptr [eax]
00411418 add ecx,1
0041141B mov edx,dword ptr [this]
0041141E mov dword ptr [edx],ecx
return 0;
00411420 xor eax,eax
}
代碼和上面是一摸一樣的，不同的就是this值，使用同樣的方法查看this值：
this值為0x0012ff34
可以明顯的看出此處的this值不等於上面的this值（0x0012ff34 ！= 0x0012ff44），這就證明了我們的編譯器使用this指針來區別同一類的不同對象，已經對象只包含類聲明時的數據（注意如果是static數據成員 就不會包含在對象中；只有類聲明中包含virtual成員函數是對象中才有vtbl指針，這些留給讀者可以自己去驗證！）
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