從匯編看c++中默認構造函數的使用分析

2020-01-26 16:17:56

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供稿：網友

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，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，總是指向一個函數調用堆棧的棧底，作為基址，用偏移量來訪問該調用棧上的變量，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用main之前堆棧的基址ebp的值，并將ebp指向main調用棧的棧底
    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調用之前的狀態
    ret    0;函數返回

通過匯編發現，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的調用，來對這一塊區域進行適當的初始化。所以，在沒有明確定義一個構造函數的時候，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，類的大小變為8字節。

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，同樣沒有調用任何函數，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的時候，編譯器不會有任何的函數調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。

那么，書上說的由編譯器提供默認的構造函數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:

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;
}

析構函數為虛函數

下面是main函數對應的匯編碼:

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，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;這里調用x的構造函數

; 15 : }

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

可以看到，對象x的構造函數被調用了，編譯器確實合成了默認的構造函數。

下面是構造函數的匯編碼:

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，涉及到多態，因此構函數初始化了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，類里面含有虛函數時，在沒有明確定義構造函數時，編譯器確實會為我們提供一個默認的構造函數。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(并非編譯器提供),而類Y不定義任何構造函數:

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
        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

下面是main函數對應的匯編碼:

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;調用對象y的構造函數

; 21 : }

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

main函數中調用了由編譯器提供的默認y對象的默認構造函數。

下面是編譯器提供的y對象默認構造函數的匯編碼:

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                ; 調用父類X的構造函數
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0
??0Y@@QAE@XZ ENDP

可以看到y對象的構造函數又調用了父類的構造函數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。

下面是main函數匯編碼:

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的調用，也就是說，編譯器沒有為子對象y提供默認構造函數。

那么，要是父類中帶參數的構造函數，而子類中沒有構造函數呢?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，而類Y沒有任何構造函數:

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;調用對象y的構造函數，由編譯器提供的默認構造函數

; 23 : }

xor eax, eax
mov esp, ebp

pop ebp
ret 0

對象y的構造函數被調用，即編譯器提供了默認的構造函數

對象y的構造函數匯編碼:

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                ; 調用成員對象x的構造函數
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

對象y的構造函數調用了成員對象x的構造函數，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的字節數)

; 10 : }

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