ATL中宏定义offsetofclass的分析

近日学习ATL，通过对宏定义offsetofclass的解惑过程，顺便分析下虚函数表，以及通过虚函数表调用函数的问题。

1 解开ATL中宏定义offsetofclass的疑惑

#define _ATL_PACKING  8  

#define offsetofclass(base, derived) ((unsigned long)(static_cast <base*>((derived*)_ATL_PACKING))-_ATL_PACKING)

分析如下：（base 基类 ， derived 子类）           

• (derived*) 8 就是把指针指向地址8，这样就不用自己新创建类的对象。
• 此后又static_cast <base*>，将指针转为基类指针，这个过程，指针的值实际发生了变化，如果有偏移，那么此时已经指到新的地址，比如12或16（32位系统指针为4字节）
• 12减去8 就是最后得到的偏移量4
• 可以看出，_ATL_PACKING 实际上可以是任意非0值，它只是一个地址值，只要不是0，正负均可。

由此得出 offsetofclass 用来计算基类(base)指针在子类(derived)对象中的偏移量，也可以理解为基类虚函数表在子类对象中的偏移量。因为虚函数表指针就在所有对象的开头位置。此时大家多有疑问，为什么不通过类对象来计算?有一个问题，如果子类是个虚类，它根本就不能创建类对象，所以就没法计算，这个方法解决了虚类的问题，它只是用了下这个地址，并没有修改数据。(这样任意指向内存地址，不知道有何风险?)

如有两个基类，就有两个虚函数表指针。

class Derived:  public Base1 ,public Base2

offsetofclass(Base1,Derived)  计算出 Base1 在Derived的实例对象中偏移0 字节

offsetofclass(Base2,Derived)  计算出 Base2在Derived的实例对象中偏移4 字节

2 通过偏移来指定基类在子类对象中的地址

Derived d;

Derived *pD= &d; // pD地址0x0018fe98   

Base2 * pB2 = pD; //传递给pB2，地址为0x0018fe9c，偏移了4个字节 

pB2 =   (Base2*)(( int)(&d) + 4); // 通过偏移也可以得到Base2 

pB2 和pD地址并不相同，而指针判断却相等。

if(pD == pB)

{

     // 两个指针的比较

     //  pD地址0x0018fe98,pB地址0x0018fe9c

   // 为什么还是相等呢，pD,pB指向的类型不同，pD先转换成基类pB类型，再进行比较。

 }

如下图：

 

          

3 通过虚函数表来调用父类或子类中成员函数

虚函数表，几个基类分支，就有几个虚函数表指针

class Derived: public Base1,public Base2

所以Derived有两个虚函数表指针

如下图：

Derived覆盖了基类的相同虚函数，自己的虚函数放在第一个表中。

清楚了虚函数表，就可以通过地址来调用函数了.

    typedef void (*Fun)( void); //函数指针

    Derived d;

    int **pVtab = (int **)&d;

    Fun pFun = (Fun)pVtab[0][0]; //等同于 调用 Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&b + 0) + 0);

    pFun();

    以此类推，调用pVtab[0][1],pVtab[0][2],pVtab[1][0]，pVtab[1][1]

输出如下图：

4 如下为全部代码部分

// 测试分3次进行，进行测试1时，请注释掉其他部分，以此类推。

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#include <iostream>

using namespace std;

#define _ATL_PACKING  8  // 尝试修改下 非0 即可

#define offsetofclass(base, derived) ((unsigned long)(static_cast <base*>((derived*)_ATL_PACKING))-_ATL_PACKING)

typedef void (*Fun)( void);

class Base1

{

public:

                 virtual void f() { cout << "Base1::f" << endl; }

                 virtual void g() { cout << "Base1::g" << endl; }

};

class Base2

{

public :

                 virtual void f() { cout << "Base2::f" << endl; }

                 virtual void g() { cout << "Base2::g" << endl; }

                  // void  h(){ cout << "Base2::h" << endl; }           // 测试2使用: 非虚函数，此函数不在虚表中

};

class Derived:  public Base1 ,public Base2

{

public :

                 virtual void f() { cout << "Derived::f" << endl; }

                 virtual void g1() { cout << "Derived::g1" << endl; }

                  // virtual void  h() = 0;                                               //测试1使用：子类为虚类时，计算偏移

};

int main(int argc, char* argv[])

{

    //测试1：子类为虚类时，计算偏移

         unsigned long nOffset1 =0,nOffset2=0 ;

         nOffset1 = offsetofclass(Base1,Derived);  // 计算后 nOffset1 =0  

         nOffset2 = offsetofclass(Base2,Derived); // 计算后 nOffset2 = 4  

       

    //测试2:创建对象

    unsigned long nOffset1 =0,nOffset2=0 ;

         nOffset1 = offsetofclass(Base1,Derived);  // 计算后 nOffset1 =0  

         nOffset2 = offsetofclass(Base2,Derived); // 计算后 nOffset2 = 4  

    Derived d;

    Derived *pD= &d;  //pD地址0x0018fe98

    Base2 * pB2 = pD; // 传递给pB2，地址为0x0018fe9c，偏移了4个字节 

    pB2 = (Base2*)(( int)(&d) +nOffset2); // 通过偏移也可以得到Base2   

    // 测试3 通过虚函数表调用 函数

    Derived d;

    Derived *pD= &d;  

    int **pVtab = (int **)&d;

    Fun pFun = (Fun)pVtab[0][0]; //等同于 调用 Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+ 0) + 0);

    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[0][1]; //等同于 调用 pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d + 0 ) + 1);

    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[0][2]; //等同于 调用 pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d + 0) + 2);

    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[1][0]; //等同于 调用 pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d + 1) + 0);

    pFun();

    pFun = (Fun)pVtab[1][1]; //等同于 调用 pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d + 1) + 1);

    pFun();

     

    int nWait=0;

    cin >> nWait;

}

写本文之前阅读参考了以下文章：

1:  http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051/

对于这篇文章中提到的 虚函数表在（Windows XP+VS2003）的末尾是个 NULL值，但笔者用（vs2003和vs2013 +win7 debug,release)测试后 末尾并非一定是NULL，值不确定。

2: http://blog.csdn.net/wishfly/article/details/2046361

3: http://c.chinaitlab.com/basic/748017.html

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