为什么通过空指针(NULL)可以正确调用类的部分成员函数

#include <iostream>

using namespace std;

class B {
public:
    void foo() { cout << "B foo " << endl; }
    void pp() { cout << "B pp" << endl; }
    void FunctionB() { cout << "funB" << endl; }
};

int main()
{
    B *somenull = NULL;
    somenull->foo();
    somenull->pp();
    somenull->FunctionB();

    return 0;
}

为什么 somenull 为空指针,还能运行通过呢?

可以阐明“静态绑定”和“动态绑定”的区别。

真正的原因是:因为对于非虚成员函数,C++这门语言是静态绑定的。这也是C++语言和其它语言Java, Python的一个显著区别。以此下面的语句为例:

somenull->foo();

这语句的意图是:调用对象somenull的foo成员函数。如果这句话在Java或Python等动态绑定的语言之中,编译器生成的代码大概是:

找到somenull的foo成员函数,调用它。(注意,这里的找到是程序运行的时候才找的,这也是所谓动态绑定的含义:运行时才绑定这个函数名与其对应的实际代码。有些地方也称这种机制为迟绑定,晚绑定。)

但是对于C++。为了保证程序的运行时效率,C++的设计者认为凡是编译时能确定的事情,就不要拖到运行时再查找了。所以C++的编译器看到这句话会这么干:

1:查找somenull的类型,发现它有一个非虚的成员函数叫foo。(编译器干的)

2:找到了,在这里生成一个函数调用,直接调B::foo(somenull)。

所以到了运行时,由于foo()函数里面并没有任何需要解引用somenull指针的代码,所以真实情况下也不会引发segment fault。这里对成员函数的解析,和查找其对应的代码的工作都是在编译阶段完成而非运行时完成的,这就是所谓的静态绑定,也叫早绑定。

正确理解C++的静态绑定可以理解一些特殊情况下C++的行为。

this 指针是空指针 不去骚扰他 他就不搞死你

你敢动他试试

如果还没有看烦,可以参考下面的这些东西。

有下面的一个简单的类:

class CNullPointCall

{

public:

static void Test1();

void Test2();

void Test3(int iTest);

void Test4();

private:

static int m_iStatic;

int m_iTest;

};

int CNullPointCall::m_iStatic = 0;

void CNullPointCall::Test1()

{

cout << m_iStatic << endl;

}

void CNullPointCall::Test2()

{

cout << "Very Cool!" << endl;

}

void CNullPointCall::Test3(int iTest)

{

cout << iTest << endl;

}

void CNullPointCall::Test4()

{

cout << m_iTest << endl;

}

那么下面的代码都正确吗?都会输出什么?

CNullPointCall *pNull = NULL; // 没错,就是给指针赋值为空

pNull->Test1(); // call 1

pNull->Test2(); // call 2

pNull->Test3(13); // call 3

pNull->Test4(); // call 4

你肯定会很奇怪我为什么这么问。一个值为NULL的指针怎么可以用来调用类的成员函数呢?!可是实事却很让人吃惊:除了call 4那行代码以外,其余3个类成员函数的调用都是成功的,都能正确的输出结果,而且包含这3行代码的程序能非常好的运行。

经过细心的比较就可以发现,call 4那行代码跟其他3行代码的本质区别:类CNullPointCall的成员函数中用到了this指针。

对于类成员函数而言,并不是一个对象对应一个单独的成员函数体,而是此类的所有对象共用这个成员函数体。 当程序被编译之后,此成员函数地址即已确定。而成员函数之所以能把属于此类的各个对象的数据区别开, 就是靠这个this指针。函数体内所有对类数据成员的访问, 都会被转化为this->数据成员的方式。

而一个对象的this指针并不是对象本身的一部分,不会影响sizeof(“对象”)的结果。this作用域是在类内部,当在类的非静态成员函数中访问类的非静态成员的时候,编译器会自动将对象本身的地址作为一个隐含参数传递给函数。也就是说,即使你没有写上this指针,编译器在编译的时候也是加上this的,它作为非静态成员函数的隐含形参,对各成员的访问均通过this进行。

对于上面的例子来说,this的值也就是pNull的值。也就是说this的值为NULL。而Test1()是静态函数,编译器不会给它传递this指针,所以call 1那行代码可以正确调用(这里相当于CNullPointCall::Test1());对于Test2()和Test3()两个成员函数,虽然编译器会给这两个函数传递this指针,但是它们并没有通过this指针来访问类的成员变量,因此call 2和call 3两行代码可以正确调用;而对于成员函数Test4()要访问类的成员变量,因此要使用this指针,这个时候发现this指针的值为NULL,就会造成程序的崩溃。

其实,我们可以想象编译器把Test4()转换成如下的形式:

void CNullPointCall::Test4(CNullPointCall *this)

{

cout << this->m_iTest << endl;

}

而把call 4那行代码转换成了下面的形式:

CNullPointCall::Test4(pNull);

所以会在通过this指针访问m_iTest的时候造成程序的崩溃。

下面通过查看上面代码用VC 2005编译后的汇编代码来详细解释一下神奇的this指针。

上面的C++代码编译生成的汇编代码是下面的形式:

CNullPointCall *pNull = NULL;

0041171E  mov         dword ptr [pNull],0

pNull->Test1();

00411725  call        CNullPointCall::Test1 (411069h)

pNull->Test2();

0041172A  mov         ecx,dword ptr [pNull]

0041172D  call        CNullPointCall::Test2 (4111E0h)

pNull->Test3(13);

00411732  push        0Dh

00411734  mov         ecx,dword ptr [pNull]

00411737  call        CNullPointCall::Test3 (41105Ah)

pNull->Test4();

0041173C  mov         ecx,dword ptr [pNull]

0041173F  call        CNullPointCall::Test4 (411032h)

通过比较静态函数Test1()和其他3个非静态函数调用所生成的的汇编代码可以看出:非静态函数调用之前都会把指向对象的指针pNull(也就是this指针)放到ecx寄存器中(mov ecx,dword ptr [pNull])。这就是this指针的特殊之处。看call 3那行C++代码的汇编代码就可以看到this指针跟一般的函数参数的区别:一般的函数参数是直接压入栈中(push 0Dh),而this指针却被放到了ecx寄存器中。在类的非成员函数中如果要用到类的成员变量,就可以通过访问ecx寄存器来得到指向对象的this指针,然后再通过this指针加上成员变量的偏移量来找到相应的成员变量。

下面再通过另外一个例子来说明this指针是怎样被传递到成员函数中和如何使用this来访问成员变量的。

依然是一个很简单的类:

class CTest

{

public:

void SetValue();

private:

int m_iValue1;

int m_iValue2;

};

void CTest::SetValue()

{

m_iValue1 = 13;

m_iValue2 = 13;

}

用如下的代码调用成员函数:

CTest test;

test.SetValue();

上面的C++代码的汇编代码为:

CTest test;

test.SetValue();

004117DC  lea         ecx,[test]

004117DF  call        CTest::SetValue (4111CCh)

同样的,首先把指向对象的指针放到ecx寄存器中;然后调用类CTest的成员函数SetValue()。地址4111CCh那里存放的其实就是一个转跳指令,转跳到成员函数SetValue()内部。

004111CC  jmp         CTest::SetValue (411750h)

而411750h才是类CTest的成员函数SetValue()的地址。

void CTest::SetValue()

{

00411750  push        ebp

00411751  mov         ebp,esp

00411753  sub         esp,0CCh

00411759  push        ebx

0041175A  push        esi

0041175B  push        edi

0041175C  push        ecx // 1

0041175D  lea         edi,[ebp-0CCh]

00411763  mov         ecx,33h

00411768  mov         eax,0CCCCCCCCh

0041176D  rep stos    dword ptr es:[edi]

0041176F  pop         ecx // 2

00411770  mov         dword ptr [ebp-8],ecx // 3

m_iValue1 = 13;

00411773  mov         eax,dword ptr [this] // 4

00411776  mov         dword ptr [eax],0Dh // 5

m_iValue2 = 13;

0041177C  mov         eax,dword ptr [this] // 6

0041177F  mov         dword ptr [eax+4],0Dh // 7

}

00411786  pop         edi

00411787  pop         esi

00411788  pop         ebx

00411789  mov         esp,ebp

0041178B  pop         ebp

0041178C  ret

下面对上面的汇编代码中的重点行进行分析:

1、将ecx寄存器中的值压栈,也就是把this指针压栈。

2、ecx寄存器出栈,也就是this指针出栈。

3、将ecx的值放到指定的地方,也就是this指针放到[ebp-8]内。

4、取this指针的值放入eax寄存器内。此时,this指针指向test对象,test对象只有两个int型的成员变量,在test对象内存中连续存放,也就是说this指针目前指向m_iValue1。

5、给寄存器eax指向的地址赋值0Dh(十六进制的13)。其实就是给成员变量m_iValue1赋值13。

6、同4。

7、给寄存器eax指向的地址加4的地址赋值。在4中已经说明,eax寄存器内存放的是this指针,而this指针指向连续存放的int型的成员变量m_iValue1。this指针加4(sizeof(int))也就是成员变量m_iValue2的地址。因此这一行就是给成员变量m_iValue2赋值。

通过上面的分析,我们可以从底层了解了C++中this指针的实现方法。虽然不同的编译器会使用不同的处理方法,但是C++编译器必须遵守C++标准,因此对于this指针的实现应该都是差不多的。

为什么通过空指针(NULL)可以正确调用类的部分成员函数

时间: 2024-08-01 23:25:19

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