是否允许对象在 C++ 的生命周期内合法地更改其类型？

Question

我有这个代码：

class Class {
public:
    virtual void first() {};
    virtual void second() {};
};

Class* object = new Class();
object->first();
object->second();
delete object;

我使用 Visual C++ 10 和 /O2 编译并进行了反汇编：

282:    Class* object = new Class();
00403953  push        4  
00403955  call        dword ptr [__imp_operator new (4050BCh)]  
0040395B  add         esp,4  
0040395E  test        eax,eax  
00403960  je          wmain+1Ch (40396Ch)  
00403962  mov         dword ptr [eax],offset Class::`vftable' (4056A4h)  
00403968  mov         esi,eax  
0040396A  jmp         wmain+1Eh (40396Eh)  
0040396C  xor         esi,esi  
283:    object->first();
0040396E  mov         eax,dword ptr [esi]  
00403970  mov         edx,dword ptr [eax]  
00403972  mov         ecx,esi  
00403974  call        edx  
284:    object->second();
00403976  mov         eax,dword ptr [esi]  
00403978  mov         edx,dword ptr [eax+4]  
0040397B  mov         ecx,esi  
0040397D  call        edx  
285:    delete object;
0040397F  push        esi  
00403980  call        dword ptr [__imp_operator delete (405138h)]  

请注意，在00403968 处，对象起始地址（存储vptr 的位置）被复制到esi 寄存器中。然后在0040396E，此地址用于检索vptr，vptr 值用于检索first() 的地址。然后在00403976再次检索vptr，用于检索second()的地址。

为什么 vptr 被检索了两次？该对象是否可能在两次调用之间更改其vptr，还是只是优化不足？

Answer 1

为什么 vptr 被检索了两次？对象是否可能在两次调用之间更改其 vptr，还是只是优化不足？

考虑：

object->first();

此调用可能会破坏对象并在同一块内存中创建一个新对象。因此，在此调用之后，无法对状态做出任何假设。例如：

#include <new>

struct Class {
    virtual void first();
    virtual void second() {}
    virtual ~Class() {}
};

struct OtherClass : Class {
    void first() {}
    void second() {}
};

void Class::first() {
    void* p = this;
    static_assert(sizeof(Class) == sizeof(OtherClass), "Oops");
    this->~Class();
    new (p) OtherClass;
}

int main() {
    Class* object = new Class();
    object->first();
    object->second();
    delete object;
}

如果该函数是内联的和/或使用链接时代码生成，编译器可能会优化掉不必要的寄存器加载。

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正如 DeadMG 和 Steve Jessop 所指出的，上述代码表现出未定义的行为。根据 C++ 2003 标准的 3.8/7：

如果在对象的生命周期结束之后，在对象占用的存储空间被重用或释放之前，在原对象占用的存储位置创建一个新对象，一个指向原对象的指针，引用原始对象的引用或原始对象的名称将自动引用新对象，并且一旦新对象的生命周期开始，可用于操作新对象，如果：

• 新对象的存储空间正好覆盖了原始对象占用的存储位置，并且
• 新对象与原始对象的类型相同（忽略顶级 cv 限定符），并且
• 原始对象的类型不是 const 限定的，如果是类类型，则不包含任何类型为 const 限定或引用类型的非静态数据成员，并且
• 原始对象是 T 类型的最衍生对象 (1.8)，而新对象是 T 类型的最衍生对象（也就是说，它们不是基类子对象）。

上面的代码不满足上面列表中的要求 2。

Answer 2

先回答题目中的问题：

是的，派生类的对象在构造和销毁期间会更改其类型。这是唯一的情况。

问题正文中的代码不同。但正如 Maxim 正确指出的那样，您只有一个指针。此指针可能（在不同时间）指向位于同一地址的两个不同对象。

Answer 3

它存储在esi 中，以便在不同函数调用之间保存。

微软惯例说

如果函数中使用了 ESI、EDI、EBX 和 EBP 寄存器，编译器会生成 prolog 和 epilog 代码以保存和恢复它们。

因此存储在esi 中的指针将保留，但ecx 中的this 指针可能不会。