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浅析C++中的this指针

2013年09月04日 ⁄ 综合 ⁄ 共 4531字 ⁄ 字号 评论关闭
 
    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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