指向不同地址的 vTables 和函数指针

Question

我最近在bitsquid博客上读了一篇关于如何管理内存的文章，作者开始谈论vtable以及编译器如何将指针添加到类中。这是article 的链接。所以因为我对 vtalbe 几乎一无所知，所以我开始在网上搜索解释。我遇到了this link。根据我阅读的内容，我编写了以下代码：

char cache[24];

printf("Size of int = %d\n", sizeof(int));
printf("Size of A = %d\n", sizeof(A));

A* a = new(cache)A(0,0);
printf("%s\n",cache);
printf("vTable    : %d\n",*((int*)cache));
printf("cache addr: %d\n",&cache);

int* funcPointer = (int*)(*((int*)cache));
printf("A::sayHello: %d\n",&A::sayHello);
printf("funcPointer: %d\n",*funcPointer);

A 是一个有两个整数成员和一个虚函数sayHello() 的类。

编辑：这是类定义：

class A {
public:
    int _x;
    int _y;
public:
    A(int x, int y) : _x(x), _y(y){ }
    virtual void sayHello() { printf("Hello You!"); }
};

基本上我想要做的是查看 vtable 内的指针是否会指向与我从 &A::sayHello 获得的地址相同的位置，但问题是当我运行程序时，里面的地址vtable 中的指针和sayHello() 地址总是有295 的差异。有谁知道为什么会发生这种情况？是否添加了某种我缺少的标题？我在 64 位机器上运行 Visual Studio Express 2008。

根据我的调试，*funcPointer 返回的地址是函数sayHello() 的真实地址。但是为什么&A::sayHello() 返回一个不同的地址呢？

Answer 1

C++ 有一个有趣的特性：

如果你拿到一个指向虚函数的指针并使用它，这个虚函数就会被解析并调用。

举个简单的例子

struct A
{
    virtual DoSomething(){ printf("A"); }
};

struct B: public A
{
    virtual DoSomething() { printf("B"); }
};

void main()
{
    A * a, b;
    void (A::*pointer_to_function)();

    pointer_to_function = &A::DoSomething;
    a = new A;
    b = new B;

    (a.*pointer_to_function)() //print "A"
    (b.*pointer_to_function)() //print "B"
}

所以，您使用&A::DoSomething 看到的地址是蹦床的地址，而不是真正的函数地址。

如果你去汇编，你会看到这个函数做了类似的事情（寄存器可能会改变，但代表 this 指针的 ecx）：

mov eax, [ecx] ; Read vtable pointer
lea edx, [eax + 4 * function_index ] ; function_index being the index of function in the vtable
call edx  

Answer 2

请注意，这是所有定义的实现！

虽然有些实现可能会使用蹦床函数，但这不是唯一的方法，也不是 gcc 是如何实现它的

使用 gcc，如果你运行你发布的代码，你会得到这个：

A::sayHello: 1

因为不是存储蹦床函数的地址，而是将虚函数的成员函数指针存储为{ vtable offset + 1, this-ptr offset }，而您打印出来的是它的第一个字。 （有关详细信息，请参阅http://sourcery.mentor.com/public/cxx-abi/abi.html#member-pointers）。

在这种情况下，sayHello 是唯一的 vtable 条目，因此 vtable 偏移量为 0。添加 1 以将此成员函数指针标记为虚拟成员函数。

如果您在使用 g++ 编译时检查汇编程序是否执行成员函数指针调用，您将在调用站点获得一些指令，计算要调用的函数的地址（如果它是虚拟成员函数指针）：

        (a->*pointer_to_function)(); //print "A"
Load the first word of the member function pointer into rax:
      4006df:       48 8b 45 c0             mov    -0x40(%rbp),%rax
Check the lower bit:
      4006e3:       83 e0 01                and    $0x1,%eax
      4006e6:       84 c0                   test   %al,%al
If non-virtual skip the next bit:
      4006e8:       74 1b                   je     400705 <main+0x81>
virtual case, load the this pointer offset and add the this pointer (&a):
      4006ea:       48 8b 45 c8             mov    -0x38(%rbp),%rax
      4006ee:       48 03 45 e0             add    -0x20(%rbp),%rax
rax is now the real 'this' ptr. dereference to get the vtable ptr:
      4006f2:       48 8b 10                mov    (%rax),%rdx
Load the vtable offset and subtract the flag:
      4006f5:       48 8b 45 c0             mov    -0x40(%rbp),%rax
      4006f9:       48 83 e8 01             sub    $0x1,%rax
Add the vtable offset to the addr of the first vtable entry (rdx):
      4006fd:       48 01 d0                add    %rdx,%rax
Dereference that vtable entry to get a real function pointer:
      400700:       48 8b 00                mov    (%rax),%rax
Skip the next line:
      400703:       eb 04                   jmp    400709 <main+0x85>

non-virt case, load the function address from the member function pointer:
      400705:       48 8b 45 c0             mov    -0x40(%rbp),%rax

Load the 'this' pointer offset:
      400709:       48 8b 55 c8             mov    -0x38(%rbp),%rdx
Add the actual 'this' pointer:
      40070d:       48 03 55 e0             add    -0x20(%rbp),%rdx
And finally call the function:
      400711:       48 89 d7                mov    %rdx,%rdi
      400714:       ff d0                   callq  *%rax