C++ 虚指针、成员变量与类对象的偏移地址

先给出一段代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
class animal
{
protected:
    int age;
public:
    virtual void print_age(void) = 0;
};
class dog : public animal
{
public:
       dog() {this -> age = 2;}
       ~dog() { }
       virtual void print_age(void) {cout<<"Wang, my age = "<<this -> age<<endl;}
};
class cat: public animal
{
public:
    cat() {this -> age = 1;}
    ~cat() { }
    virtual void print_age(void) {cout<<"Miao, my age = "<<this -> age<<endl;}
};
int main(void)
{
     cat kitty;
     dog jd;
     animal * pa;
     int * p = (int *)(&kitty);
     int * q = (int *)(&jd);
    p[0] = q[0];
    pa = &kitty;
    pa -> print_age();
    return 0;
}

【源代码输出】

代码输出是 Wang, my age = 1；

假设将 p[0] = q[0]; 换为 p[1] = q[1]; 则输出为 Miao, my age = 2。

【源代码分析】

首先，这是一个取巧的改变虚表指针的办法，它利用了C++的对象模型的特点。我们知道，一个类有了虚函数后。它会有一个虚表来维护虚函数和一个虚表指针__vptr来指向它。而这个程序利用的即是改变虚指针的指向。它首先&kitty，而且转换为int*，获得cat类的虚表首地址，相同&jd获得dog类的虚表地址，而p[0] = q[0]令指向cat的虚表首地址。一下就变成了指向dog类的虚表首地址，然后基类获取到了这个指向dog类的kitty，调用虚方法则自然调用到了dog的print_age，然后这里的age则依旧保留的是cat的。由于你仅仅是改变了虚指针指向的虚表地址，不影响member
data。

重中之重，记住一个点：类对象的首地址是虚函数指针地址，其次是变量地址。改变对象指针类型，将改变实函数，改变对象指针变量，将改变虚函数与成员变量。

其次，这代码不但依赖某些C++编译器的行为，还依赖平台的指针宽度是32位。

int * p = (int *)(&kitty);

int * q = (int *)(&jd);

p[0] = q[0];

这几句不应该用int*，而应该用intptr_t*才对。这样才干保证拷贝的是一个指针宽度的数据。而不是一个int宽度的数据。

在32位平台上。int一般是32位，而指针是32位，所以正好匹配了，程序能正常执行；

在64位平台上，假设是流行的LP64模型。int是32位而指针是64位，这里实际上仅仅拷贝了指针的一半。程序是否能正常执行就看运气了。

假设是在一个64位且小端（little endian）的平台上，那这代码拷贝的是指针的低32位。非常可能会运气好能正常执行，由于dog类与cat类的vtable可能正好在内存里处于非常近的位置，它们的地址的高32位可能正好同样，地址不同的地方都在低32位。这样这个程序就运气好能正常执行。

假设是在一个64位且大端（big endian）的平台上。那这段代码拷贝的是指针的高32位，那就全然达不到效果了。

最后。这样的题还有非常多玩法。比如说一种简单的玩法是像这样：

#include <iostream>
using namespace std;
class animal
{
protected:
    int age;
public:
    virtual void print_age(void) = 0;
};
class dog : public animal
{
public:
       dog() {this -> age = 2;}
       ~dog() { }
       virtual void print_age(void) {cout<<"Wang, my age = "<<this -> age<<endl;}
};
class cat: public animal
{
public:
    cat() {this -> age = 1;}
    ~cat() { }
    virtual void print_age(void) {cout<<"Miao, my age = "<<this -> age<<endl;}
};
int main(void)
{
     cat kitty;
     dog jd;
     animal * pa;
     int * p = (int *)(&kitty);
     int * q = (int *)(&jd);
    p[0] = q[0];
    pa = &kitty;
    pa -> print_age();
    return 0;
}

直接整个vtable伪造出来然后想往里面填啥就填啥。