孔乙己之五----虚函数(下)

本文作者:sodme
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本文所需代码可从以下地址获得( 此地址含有多继承c++和asm代码 ):
http://sodme.dev.googlepages.com/kyj_05_code.txt
 
前文中, 我们知道了单继承时的虚函数处理方法, 那么, 多继承时, 又是如何处理的呢? 我们仍然重点考察以下几个方面:
1. 虚函数表的变化;
2. 构造函数的变化;
3. 虚函数调用代码的变化.
 
三个类的继承关系如图:
         
        |----> Base1Class
MyClass |
        |----> Base2Class
 
 
类MyClass的虚函数表:

    .long    0
    .long    _ZTI7MyClass
    .long    _ZN7MyClass14virtual_test_1Ev
    .long    _ZN10Base1Class14virtual_test_3Ev
    .long    _ZN7MyClass15virtual_test_myEv
    .long    -8
    .long    _ZTI7MyClass
    .long    _ZN10Base2Class14virtual_test_2Ev
    .long    _ZN10Base2Class14virtual_test_3Ev 

 
咦? 从形式上看, 与单继承时确实有所不同, 整个虚函数表似乎被分成了两个部分: 第一部分是Base1Class的, 第二部分是Base2Class的. 那个中幺机何在呢? 别急, 慢慢看.
 
类MyClass的构造函数:
 

    movl    8(%ebp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    _ZN10Base1ClassC2Ev     ;调用Base1Class的构造函数
    movl    8(%ebp), %eax
    addl    $8, %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    _ZN10Base2ClassC2Ev     ;调用Base2Class的构造函数, 注意其传递的this指针
    movl    $_ZTV7MyClass+8, %edx
    movl    8(%ebp), %eax
    movl    %edx, (%eax)            ;将MyClass的虚函数表地址放在this处
    movl    $_ZTV7MyClass+28, %edx
    movl    8(%ebp), %eax
    movl    %edx, 8(%eax)           ;将MyClass虚函数表中属于Base2Class的那部分虚函数放在了this+8处
    movl    8(%ebp), %eax
    movl    $1, 16(%eax)            ;对数据data1的访问是: this+16
    movl    8(%ebp), %eax
    movl    $2, 20(%eax)            ;对数据data2的访问是: this+20 

 
 
通过以上的语句和注释, 我们可以发现:
类MyClass的构造函数中, 分别调用了Base1Class和Base2Class的构造函数, 这并不奇怪, 但奇怪的是传递给Base2Class构造函数的this指针变成了MyClass::this+8. 另外, 类MyClass的虚函数表初始时, 分别初始化了两个地方, 一处是this, 一处是this+8. 而类MyClass的两个数据成员data1 和 data2的访问, 也不再是前文单继承情况下的 this+12 和 this+16, 而是多了4个字节. 种种迹象表明, 多继承情况下, 对象结构似乎变成了这样:
 
            |                              |
            |------------------------------|
this ->     |    Base1Class虚函数表地址    |        0
            |------------------------------|
            | Base1Class::base_1_data      |        +4
            |------------------------------|
            |    Base2Class虚函数表地址    |        +8
            |------------------------------|
            | Base2Class::base_2_data      |        +12
            |------------------------------|
            |     MyClass::data1           |        +16
            |------------------------------|
            |     MyClass::data2           |        +20
            |------------------------------|
            |                              |
 
下面, 我们再看调用方式的变化.
pMyClass->virtual_test_1():
 

    movl    -16(%ebp), %eax     ;取this指针
    movl    (%eax), %eax        ;取虚函数表地址
    movl    (%eax), %edx        ;取virtual_test_1()函数地址
    movl    -16(%ebp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    *%edx               ;调用virtual_test_1() 

 
pMyClass->virtual_test_2():
 

    movl    -16(%ebp), %eax     ;取this指针
    movl    8(%eax), %eax       ;this = this + 8
    movl    (%eax), %edx        ;取MyClass中属于Base2Class的虚函数表地址,即virtual_test_2()首址
    movl    -16(%ebp), %eax     ;取this指针
    addl    $8, %eax            ;this = this + 8
    movl    %eax, (%esp)
    call    *%edx               ;调用virtual_test_2() 

 
pMyClass->virtual_test_my():
 

    movl    -16(%ebp), %eax     ;取this指针
    movl    (%eax), %eax        ;取虚函数表地址
    addl    $8, %eax            ;取virtual_test_my()存放的地址
    movl    (%eax), %edx        ;取virtual_test_my()函数首址
    movl    -16(%ebp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    *%edx               ;调用virtual_test_my() 

 
由此, 可以看出, 在多继承情况下, 在对象结构模型中, 会分开多处存放多个虚函数表的不同起始地址(当然, 虚函数表仍然只有一份, 只是在各处存放的针对于这同一个虚函数表的起始地址不同而已). 那么, 为什么这样作呢? 
 
换个角度想一下, 自然也就明白了. 类MyClass分别继承于两个互不相干的类: Base1Class 和 Base2Class. 由于Base1Class和Base2Class互相没有继承关系, 那么, Base1Class的虚函数表中就不会有Base2Class的虚函数信息, 更重要的, 他们的类成员数据不会被另一个类包含. 反之亦然. 这样, 也就导致同时继承于这二者的类MyClass无法通过唯一的一个this指针来访问分属于两个类的不同的数据, 所以, 把它们分开管理几乎是必然的.
 
但是, 形如以下的语句:
 

    pMyClass = new MyClass;
    Base2Class * pBase2Class;
    pBase2Class = pMyClass;
    pBase2Class->virtual_test_2(); 

 
如果pBase2Class的值仍然是pMyClass的this指针, 那么pBase2Class->virtual_test_2()这样的调用, 岂不是有问题了吗? 因为pBase2Class是Base2Class类型, 按Base2Class的类定义, 它的虚函数表是:

    .long    0
    .long    _ZTI10Base2Class
    .long    _ZN10Base2Class14virtual_test_2Ev
    .long    _ZN10Base2Class14virtual_test_3Ev 

 
那么, pBase2Class->virtual_test_2()将会被转化成以下形式:
 

    movl    -12(%ebp), %eax     ;取this指针
    movl    (%eax), %eax        ;取Base2Class虚表地址
    movl    (%eax), %edx        ;取virtual_test_2()地址
    movl    -12(%ebp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    *%edx 

 
但是, 我们知道, pMyClass的虚表明明是:

    .long    0
    .long    _ZTI7MyClass
    .long    _ZN7MyClass14virtual_test_1Ev
    .long    _ZN10Base1Class14virtual_test_3Ev
    .long    _ZN7MyClass15virtual_test_myEv
    .long    -8
    .long    _ZTI7MyClass
    .long    _ZN10Base2Class14virtual_test_2Ev
    .long    _ZN10Base2Class14virtual_test_3Ev 

 
从此虚表中可以看到, virtual_test_2()地址, 应该是+28呀?!
 
呵呵. 一切玄妙皆在这条赋值语句"pBase2Class = pMyClass;", 这条语句, 偷偷干了这些事:

    movl    -16(%ebp), %eax     ; -16(%ebp) 是 pMyClass  
    addl    $8, %eax            ; eax = pMyClass->this + 8
    movl    %eax, -32(%ebp)
    jmp    .L31
.L29:
    movl    $0, -32(%ebp)
.L31:
    movl    -32(%ebp), %eax
    movl    %eax, -12(%ebp)     ;将 this+8 存入了 pBase2Class 变量中 

 
 
this+8! 又是this+8! 没错. 当我们执行 pBase2Class = pMyClass 这条向下兼容的赋值语句时, 编译器会检查他们的继承派生关系, 并将正确的this指针赋给pBase2Class, 而并不是把this指针直接赋值左边的变量. 有人说, C++难, 可能也就是难在这些不容易为人听知的地方吧. 隐藏的东西越多, 学习的开销越大.
 
在我的测试代码中, 大家可以发现, 我注释掉了一条语句:

    //pMyClass->virtual_test_3(); 

 
之所以把它注释掉, 是为了说明这样一个问题:
1. Base1Class和Base2Class可以拥有同名的虚函数, 无引用他们的情况下, 可以编译通过;
2. 但是, 如果有对同名虚函数的引用, 编译器则会报"未决的或容易引起歧义的调用"之类的错误.
 
但是, 如果换一种方式调用, 则是可以过关的:

    pMyClass = new MyClass;
    pBase2Class = pMyClass;
    pBase2Class->virtual_test_3(); 

 
原因很显然, pBase2Class本身的类型, 已经消除了virtual_test_3()的调用歧义.