关于vs下多态虚表中存储的地址和实际成员函数地址不一样的原因

news2024/9/20 9:09:30

以如下代码为例：

class Base1

{

public:

virtual void func1() { cout << "Base1::func1" << endl; }

virtual void func2() { cout << "Base1::func2" << endl; }

private:

int b1;

};

class Base2

{

public:

virtual void func1() { cout << "Base2::func1" << endl; }

virtual void func2() { cout << "Base2::func2" << endl; }

private:

int b2;

};

class Derive : public Base1, public Base2

{

public:

virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }

virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }

private:

int d1;

};

typedef void (*func)();

void print(func a[])

{

for (size_t i = 0; a[i] != nullptr; ++i)

{

printf("[%d]:%p\n", i, a[i]);

a[i]();

}

int main()

{

Derive d;

func* v1 = (func*)(*(int*)&d);

PrintVTable(v1);

func* v2 = (func*)*(int*)((char*)&d + sizeof(Base1));

//&d得到的是Derive*类型的，+1会跳过sizeof(Derive)个字节，所以&d要强转为char*类型，

//然后取对应位置的前四个字节，就拿到第二个虚表的地址了

PrintVTable(v2);

return 0;

}

代码打印了两张虚表，两张虚表中func1都是Derive类中func1的重写，但是他们的地址却不一样。

那么为什么都调用了Derive::func1显示的地址却不一样?

先说答案：因为这两个地址都不是真正的函数地址，真正地址的取用方式:&Derive::func1(cout是ostream类型的对象，但cout没有对函数指针类型进行适配，用cout打印函数指针会出问题)。虽然地址不一样，但是从调用结果来看，调用的都是Derive::func1函数。这和vs的实现有关，在Linux下看，地址可能就一样了。

图示可以发现Derive::func1的实际地址和虚表存的两个地址都不一样。

这是因为vs对成员函数实现了封装，虚表中储存的地址是封装位置的地址，虽然存储的地址不一样，但是最终还是调用到了Derive::func1，说明还是跳转到func1的位置了。

下面需要理解一些汇编语言的能力，这是程序员的基本素养，汇编语言不需要全看懂，大致看懂，了解在做什么就足够了。遇到不理解的，上网查查就足够了。

a[0]是第一个虚函数的地址，即虚表中存储的Derive::func1的地址

转到反汇编(需要在调试状态下才能转)

其中call是函数跳转，_RTC_CheckEsp是检查越界行为的函数，汇编代码中只有对edx的跳转不清楚情况，说明对edx的跳转可以到达真实Derive::func1的地址，那么看看edx中存储了什么(汇编代码也是可以调试的，逐语句，逐过程都可以，方括号代表其中存储的是地址，可以进行解引用)：

结果发现edx中存储的就是虚表中的函数地址(在监视界面看edx的值时需要转为16进制显示)。

再对edx进行跳转，来到004A123F处。这里的jmp指令和call指令类似，可以继续跳转。

到这里就可以看出汇编指令在进行压栈(push)，说明到这里就建立函数栈帧了，即已经到达真实的Derive::func1函数地址处。但是又和打印的Derive::func1地址不同。

刚才看的是base1中虚表地址的跳转，现在来看看base2的：

和之前的方式一样：

一路跳转，最终依然能看到跳转到建立栈帧的场景。而且和第一个虚表中最终跳转的位置一样。虚表中存储的地址是edx存储的地址。所以成员函数的真实地址和虚表中存储的地址不一致的原因是：虚表中存储的是实际地址的"跳板"，通过不同路径最终跳转到真实地址的所在之处。

信息集中处理一下：

为了方便理解，下面的V1table为指向Base1虚表的数据，V2table为指向Base2虚表的数据。

仔细观察第二个虚表比第一个虚表多出来的地方。发现多了一个sub ecx,8的步骤，sub就是减，也就是说要ecx减8，这里的8是Base1的大小。虽然没有传，但编译器认为调用第一个虚表是Base1指针(即V1table的地址)在调用，调用第二个虚表是用Base2指针(即V2table的地址)调用，所以在通过Base2指针调用虚函数时，会有一个减去Base1大小的步骤，因为fun1是被Derive重写的函数，需要对齐到Derive位置来找对应的虚函数。实际上，我们是通过从虚表中拿指针的方式调用成员函数，所以这里的减8，并没有什么用。但是从中也能看到Base2类型指针调用Derive::func1的机制。

演示代码中，两个虚表指针相差了20。这是因为虚表是一个数组，这里差的是两张虚表之间首元素地址的位置。相差为8的是V1table的地址和V2table的地址，即图中Base1->vTable的地址和Base2->vTable的地址相差8。

下面用

Base1* ptr1 = &d;

Base2* ptr2 = &d;

ptr1->func1();

ptr2->func1();

验证一下猜想。

首先，可以看到确实调用了同一个函数。然后转到反汇编：

可以看到汇编代码和猜想的一致，也说明了虚表中存储的函数指针不同的原因。V2table的地址相对于Derive位置有一个偏移量(在用Derive地址对Base2指针进行赋值时，会将Derive中Base2位置的地址切片赋值给Base2指针)，通过Base2指针调用成员函数，需要修正偏移量(V1table地址和Derive的位置相同，不需要修正)，到Derive的位置去找相应的函数。这就导致了Base1和Base2的指针需要通过不同路径找到Derive::func1，所以虚表中存储的地址也就不同。

其实理解这里的知识点并没有什么意义，主要是了解可以通过这样的方法深入了解原理，知道可以通过什么方法来寻找答案。

在继承章节中虚拟继承的虚基表也与这个有关。

class A

{

public:

virtual void func()

{}

public:

int _a;

};

class B : public A

{

public:

virtual void func()

{}

public:

int _b;

};

class C : public A

{

public:

virtual void func()

{}

public:

int _c;

};

class D : public B, public C

{

public:

int _d;

};

int main()

{

D d;

d.B::_a = 1;

d.C::_a = 2;

d._b = 3;

d._c = 4;

d._d = 5;

return 0;

}

如图所示代码，此时A中有虚函数，B，C继承A，并对A中的虚函数进行重写。编译正常，B，C中各有一个虚表，可以储蓄对A中虚函数的重写，但是，如果B，C是虚拟继承就会报错，在虚拟继承下，B，C中存储A的未知统合为一块区域，(B，C中存储指向虚基表的指针，指针指向的虚基表中存储有对A区域的偏移量)这样就会导致编译器不知道在A的虚表中储存B中的重写，还是C中的重写。如果非要虚拟继承，就必须在继承了B，C的D中重写A中的虚函数。（虚基表和虚表没有关系）如图：