從匯編看c++中默認構造函數(shù)的使用分析

2020-01-26 16:17:56

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供稿：網(wǎng)友

c++中的源程序:

復制代碼代碼如下:

class X {
private:
int i;
};

int main() {
X x;
}

上面的類X沒有定義構造函數(shù)，僅僅有一個int i。

下面為其匯編程序：

復制代碼代碼如下:

; 7 : int main() {

    push    ebp;ebp為一個寄存器，總是指向一個函數(shù)調(diào)用堆棧的棧底，作為基址，用偏移量來訪問該調(diào)用棧上的變量，但這里沒有任何變量要訪問，因此不起作用
    mov    ebp, esp;這兩句的作用是為了保存調(diào)用main之前堆棧的基址ebp的值，并將ebp指向main調(diào)用棧的棧底
    push    ecx;將寄存器ecx的值壓棧, 棧頂指針esp向前移動4byte
               ;這句的作用，為即將要創(chuàng)建的對象預留了4byte的空間，并向里面寫入ecx的值

; 8 : X x;
; 9 : }

    xor    eax, eax;eax也是一個寄存器，這里不起作用
    mov    esp, ebp;將棧頂指針移動到push ecx前的位置，即釋放了4byte的空間
    pop    ebp;恢復基址到main調(diào)用之前的狀態(tài)
    ret    0;函數(shù)返回

通過匯編發(fā)現(xiàn)，通過push ecx，編譯器將堆棧棧頂移動4byte，并將寄存器的ecx的值寫入，類X只含有一個int，大小剛好為4byte，因此這一句可以看成是為對象x分配空間。而接下來并沒有任何函數(shù)的調(diào)用，來對這一塊區(qū)域進行適當?shù)某跏蓟Ｋ裕跊]有明確定義一個構造函數(shù)的時候，不會有任何的初始化操作。

下面再看一段c++程序:

復制代碼代碼如下:

class X {
private:
int i;
int j;//增加一個成員變量int j
};

int main() {
X x;
}

與上面相比，在類X里面增加了一個成員變量int j，類的大小變?yōu)?字節(jié)。

下面為對應匯編碼:

復制代碼代碼如下:

; 8 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 8; 棧頂指針移動8byte，剛好等于類X的大小

; 9 : X x;
; 10 : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

從匯編碼看出，通過sub esp，8指令，堆棧確實留出了8byte的空間，剛好等于類X的大小，同樣沒有調(diào)用任何函數(shù)，來進行初始化操作。

所以，綜上所述，在一個類沒有明確定義構造函數(shù)的時候，編譯器不會有任何的函數(shù)調(diào)用來進行初始化操作，僅僅是移動棧頂留出對象所需空間，也就是說，這種情況下，編譯器根本不會提供默認的構造函數(shù)。

那么，書上說的由編譯器提供默認的構造函數(shù)到底是怎么一回事呢？

下面看第一種情況，類里面有虛成員函數(shù):

c++源碼如下:

復制代碼代碼如下:

class X {
private:
    int i;
    int j;//增加一個成員變量int j
public:
    virtual ~X() {

    }
};

int main() {
X x;
}

析構函數(shù)為虛函數(shù)

下面是main函數(shù)對應的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

; 13 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 為對象x預留12byte的空間，成員變量int i，int j占8byte，由于有虛函數(shù)，因此vptr指針占4byte

; 14 : X x;

lea ecx, DWORD PTR _x$[ebp];獲取x對象的首地址，存入ecx寄存器
call ??0X@@QAE@XZ;這里調(diào)用x的構造函數(shù)

; 15 : }

    lea    ecx, DWORD PTR _x$[ebp];獲取對象x的首地址
    call    ??1X@@UAE@XZ                ; 調(diào)用析構函數(shù)
    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

可以看到，對象x的構造函數(shù)被調(diào)用了，編譯器確實合成了默認的構造函數(shù)。

下面是構造函數(shù)的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

??0X@@QAE@XZ PROC                    ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx寄存器存有對象x的首地址
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];將對象x的首地址給寄存器eax
    mov    DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7X@@6B@;這里設置vptr指針的值，指向vtable (OFFSET ??_7X@@6B@是獲得vtable的地址)
                                          ;并且通過這句，也可以證明vptr指針位于對象其實地址處
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

可以看到，由于有虛函數(shù)，涉及到多態(tài)，因此構函數(shù)初始化了vptr指針，但是沒有為另外兩個變量int i，int j賦值。

從上面可以看出，類里面含有虛函數(shù)時，在沒有明確定義構造函數(shù)時，編譯器確實會為我們提供一個默認的構造函數(shù)。因此當一個類繼承自虛基類時，也滿足上面的情形。

接下來是第二種情形，類Y繼承自類X，X明確定義了一個默認的構造函數(shù)(并非編譯器提供),而類Y不定義任何構造函數(shù):

先來看看c++源碼:

復制代碼代碼如下:

class X {
private:
    int i;
    int j;
public:
    X() {//X顯示定義的默認構造函數(shù)
        i = 0;
        j = 1;
    }
};

class Y : public X{//Y繼承自X
private:
int i;
};

int main() {
Y y;
}

類Y里面沒有顯示定義任何構造函數(shù)

下面是main函數(shù)對應的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

; 19 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 為對象y預留12byte空間，y自身成員變量int i占4byte 父類中的成員變量int i int j占8byte

; 20 : Y y;

lea ecx, DWORD PTR _y$[ebp];獲取對象y的首地址，存入寄存器ecx
call ??0Y@@QAE@XZ;調(diào)用對象y的構造函數(shù)

; 21 : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

main函數(shù)中調(diào)用了由編譯器提供的默認y對象的默認構造函數(shù)。

下面是編譯器提供的y對象默認構造函數(shù)的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

??0Y@@QAE@XZ PROC                    ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中存有對象y的首地址
    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp]
    call    ??0X@@QAE@XZ                ; 調(diào)用父類X的構造函數(shù)
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0
??0Y@@QAE@XZ ENDP

可以看到y(tǒng)對象的構造函數(shù)又調(diào)用了父類的構造函數(shù)來初始化繼承自父類的成員變量，但自身成員變量依然沒有初始化。

下面是父類X的構造函數(shù)匯編碼:

復制代碼代碼如下:

; 7 : X() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx; ecx中存有對象y的首地址

; 8 : i = 0;

mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];對象y首地址給寄存器eax
mov DWORD PTR [eax], 0;初始化父類中的變量i

; 9 : j = 1;

    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp];對象y首地址給寄存器ecx
    mov    DWORD PTR [ecx+4], 1;初始化父類中的變量j,在對象y的內(nèi)存空間中，從首地址開始的8比特用來存儲繼承自父對象的成員變量，后4byte用來存儲自己的成員變量
                            ;由于首地址存儲了父類成員變量i，因此內(nèi)存地址要從對象y的首地址要移動4byte，才能找到父類成員變量j所處位置

; 10 : }

    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

可以看到，y對象繼承自父類的成員變量由父類構造函數(shù)初始化。父對象包含在子對象中，并且this指針，即寄存器ecx存儲的首地址始終是子對象y的首地址。

如果父類X中也沒有定義任何構造函數(shù)會怎樣？

下面是c++源碼:

復制代碼代碼如下:

class X {
private:
int i;
int j;

};

class Y : public X{//Y繼承自X
private:
int i;
};

int main() {
Y y;
}

父類和子類都沒有任何構造函數(shù)。

下面是main函數(shù)匯編碼:

復制代碼代碼如下:

; 16 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 和剛才一樣，為對象y預留12byte

; 17 : Y y;
; 18 : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

可以看到main中根本沒有任何函數(shù)的調(diào)用，也就是說，編譯器沒有為子對象y提供默認構造函數(shù)。

那么，要是父類中帶參數(shù)的構造函數(shù)，而子類中沒有構造函數(shù)呢?這時候編譯器會報錯。

下面看第三種情況，類Y中包含成員對象X，成員對象有顯示定義的默認構造函數(shù)，而類Y沒有任何構造函數(shù):

先看c++源碼:

復制代碼代碼如下:

; 16 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 和剛才一樣，為對象y預留12byte

; 17 : Y y;
; 18 : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

類X為類Y的成員對象
下面是main函數(shù)的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

; 21 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 12                    ; 為對象y預留12byte 成員對象的變量占8byte 對象y自身占變量占4byte 成員對象包含在對象y中

; 22 : Y y;

lea ecx, DWORD PTR _y$[ebp];對象y的首地址存入ecx
call ??0Y@@QAE@XZ;調(diào)用對象y的構造函數(shù)，由編譯器提供的默認構造函數(shù)

; 23 : }

xor eax, eax
mov esp, ebp

pop ebp
ret 0

對象y的構造函數(shù)被調(diào)用，即編譯器提供了默認的構造函數(shù)

對象y的構造函數(shù)匯編碼:

復制代碼代碼如下:

??0Y@@QAE@XZ PROC                    ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中存有對象y的首地址
    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp]
    add    ecx, 4;加4是因為對象y首地址起始處存儲的是自身成員變量i
    call    ??0X@@QAE@XZ                ; 調(diào)用成員對象x的構造函數(shù)
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

對象y的構造函數(shù)調(diào)用了成員對象x的構造函數(shù)，用來初始化成員對象中的成員變量，對象y自身的成員變量沒有初始化。

成員對象x的構造函數(shù)匯編碼:

復制代碼代碼如下:

??0X@@QAE@XZ PROC ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx

; 7 : X() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx中存有成員對象x的起始地址

; 8 : i = 0;

mov eax, DWORD PTR _this$[ebp];成員對象x的起始地址給eax寄存器
mov DWORD PTR [eax], 0;初始化成員對象x中額成員變量i

; 9 : j = 0;

mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp];成員對象x的起始地址給ecx寄存器
mov DWORD PTR [ecx+4], 0;初始化成員對象x中額成員變量j 加4的原因是j的地址偏離了成員對象x起始地址4byte(即成員對象x的成員變量i的字節(jié)數(shù))

; 10 : }

    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0