【C/C++】概念： VC虚函数布局引发的问题

在网上看到一个非常热的帖子，里面是这样的一个问题：

在打印的时候发现pFun的地址和 &(Base::f)的地址竟然不一样太奇怪了？经过一番深入研究，终于把这个问题弄明白了。下面就来一步步进行剖析。

根据VC的虚函数的布局机制，上述的布局如下：

然后我们再细细的分析第一种方式：

Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(d)+0);

d是一个类对象的地址。而在32位机上指针的大小是4字节，因此*(int*)(&d)取得的是vfptr，即虚表的地址。从而*((int*)*(int*)(&d)+0)是虚表的第1项，也就是Base::f()的地址。事实上我们得到了验证，程序运行结果如下：

这说明虚表的第一项确实是虚函数的地址，上面的VC虚函数的布局也确实木有问题。

但是，接下来就引发了一个问题，为什么&(Base::F）和PFun的值会不一样呢？既然PFun的值是虚函数f的地址，那&(Base::f)又是什么呢？带着这个问题，我们进行了反汇编。

printf("&(Base::f): 0x%x \n", &(Base::f));

00401068  mov         edi,dword ptr [__imp__printf (4020D4h)]

0040106E  push        offset Base::`vcall'{0}' (4013A0h)

00401073  push        offset string "&(Base::f): 0x%x \n" (40214Ch)

00401078  call        edi

printf("&(Base::g): 0x%x \n", &(Base::g));

0040107A  push        offset Base::`vcall'{4}' (4013B0h)

0040107F  push        offset string "&(Base::g): 0x%x \n" (402160h)

00401084  call        edi

那么从上面我们可以清楚的看到:

Base::f 对应于Base::`vcall'{0}' (4013A0h)

Base::g对应于Base::`vcall'{4}' (4013B0h)

那么Base::`vcall'{0}'和Base::`vcall'{4}'到底是什么呢，继续进行反汇编分析

Base::`vcall'{0}':

004013A0  mov         eax,dword ptr [ecx]

004013A2  jmp         dword ptr [eax]

......

Base::`vcall'{4}':

004013B0  mov         eax,dword ptr [ecx]

004013B2  jmp         dword ptr [eax+4]

第一句中, 由于ecx是this指针, 而在VC中一般虚表指针是类的第一个成员, 所以它是把vfptr, 也就是虚表的地址存到了eax中. 第二句

相当于取了虚表的某一项。对于Base::f跳转到Base::`vcall'{0}'，取了虚表的第1项；对于Base::g跳转到Base::`vcall'{4}'，取了虚表第2项。由此都能够正确的获得虚函数的地址。

由此我们可以看出，vc对此的解决方法是由编译器加入了一系列的内部函数"vcall". 一个类中的每个虚函数都有一个唯一与之对应的vcall函数，通过特定的vcall函数跳转到虚函数表中特定的表项。

更深一步的进行讨论，考虑多态的情况，将代码改写如下：

打印的时候表现出来了多态的性质：

分析可知原因如下：

这是因为类Derive的虚函数表的各项对应的值进行了改写(rewritting)，原来指向Based::f()的地址变成了指向Derive::f()，原来指向Based::g()的地址现在编变成了指向Derive::g()。

反汇编代码如下：

printf("&(Derive::f): 0x%x \n", &(Derive::f));

00401086  push        offset Base::`vcall'{0}' (4013B0h)

0040108B  push        offset string "&(Derive::f): 0x%x \n" (40217Ch)

00401090  call        esi

printf("&(Derive::g): 0x%x \n", &(Derive::g));

00401092  push        offset Base::`vcall'{4}' (4013C0h)

00401097  push        offset string "&(Derive::g): 0x%x \n" (402194h)

0040109C
 call        esi

因此虽然此时Derive::f依然对应Base::`vcall'{0}',而 Derive::g依然对应Base::`vcall'{4}'，但是由于每个类有一个虚函数表，因此跳转到的虚表的位置也发生了改变，同时因为进行了改写，虚表中的每个slot项的值也不一样。

 

稍微总结一下：

在VC中有两种方法调用虚函数，一种是通过虚表，另外一种是通过vcall thunk的方式

通过虚表的方式：

base *d = new Derive;

d->f();

004115FA  mov         eax,dword ptr [d] 

              004115FD  mov         edx,dword ptr [eax] 

              004115FF  mov         esi,esp 

              00411601  mov         ecx,dword ptr [d] 

              00411604  mov         eax,dword ptr [edx] 

              00411606  call        eax  

              00411608  cmp         esi,esp 

              0041160A  call        @ILT+470(__RTC_CheckEsp) (4111DBh)

这种方式的应用环境是通过类对象的指针或引用来调用虚函数

通过vcall thunk的方式：

typedef void (Base::* func1)( void );

base *d = new Derive;

func1 pFun1 = &Base::f;

(d->*pFun1)();

004115A9  mov         dword ptr [pFun1],offset Base::`vcall'{0}' (4110C3h) 

                004115B0  mov         esi,esp 

                004115B2  lea          ecx,[d] 

                004115B5  call          dword ptr [pFun1] 

                004115B8  cmp         esi,esp 

                004115BA  call        @ILT+460(__RTC_CheckEsp) (4111D1h)