深入探讨this指针
为了写这篇文章,准备了好长时间,翻遍了箱底的书籍。但是现在还是不敢放开手来写,战战兢兢。不是担心自己写错,而是唯恐自己错误误导别人。同时也希望这篇文章能给你一点收获。既然是深入探讨this指针,所以建议初学者,最好具有一定编译基础,调试基础。如果大家认为这片文章有不满的地方,就给我发信批评一下,以便及时修正。
关于this指针的描述我们一般从语言层次上讲;
this指针作为一个隐含参数传递给非静态成员函数,用以指向该成员函数所属类所定义的对象。当不同的对象调用同一个类的成员函数代码时,编译器会依据该成员函数的this指针所指向的不同对象来确定应该引用哪个对象的数据成员。简单例子
我们定义一个简单stack类
// 定义stack类
class Stack
{
public:
public:
private:
};
// 压栈函数
void Stack::push(char c)
{
}
// 定义公共函数,操作栈对象中的push函数
void FunStack(Stack *p)
{
}
上面的代码我们加入this概念,以C代码形式显示(你可以理解编译C++成C代码后,Cfront开始就是这么做的)
// 用普通C描述类成员函数
void Stack__push(this,c);// 普通C代码
{
}
void FunStack(p)// Stack *p;
{
}
C++中this指针是从Simula(只是听说没有使用过)里的THIS引用的翻版,有时候有人会问,为什么this是指针而不是一个引用?为什么叫this而不是叫self(smalltalk)?第一个问题是,当this引入带类的C时,在那时的是C++中还没有引用机制,所以只能是this指针而不是引用了。第二个问题,更简单了,就是因为this是从simula来,而不是从smalltalk来。
我们通过this访问对象(已经成惯例了)中函数和变量时一般这样使用
通过上面例子,我们从语言层次上说this是一个指针(也许你说this本来就是一个指针,就叫this指针,不要着急听我慢慢说来)。那么this是一个什么样子的指针,比如我们最常见的指针有。
那么this指针是不是其中一种?下面我们分别验证。
{
public:
int Fun1(){return ++iData;};// 普通函数㈠
};
上面的㈠函数可以正确执行。
上面㈡函数,不能通过编译,我们知道在const函数中,不允许修改类中变量。那么最终原因是什么?其实在上面的例子中,我们用C实现
int A_Fun2(const A* this);
const函数本质是const this的原因,所以不允许修改iData值。
至少现在我们可以确定this指针,不是一个const常量指针。因为如果this是常量指针,我们就不能修改类中变量的值了。捎带我们提一下C++中关键字mutable,如上定义的mutable int iData2;// mutable变量,这样我们就可以在const函数中修改iData2的值。其实这时的mutable和public,private,protected是相同的,这些关键字只是在编译时刻有用,编译后变量类型是没有区别的。更深一步说,强制类型转换也是对编译器来说,是通过编译器编译过程中判断类型转换的正误。
static int iTest = 1;
class A
{
public:
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
static int iTest1 = 2;
static int iTest2 = 3;
system("pause");
}
我们通过上面的例子查看this的地址,我们定义static对象的目的就是为了用this指针的地址和static变量的地址进行对比,看一看this指针到底分配到哪里?
Error C2102 “&”要求一个L值
在debug下,我们运行上面的程序,并进入断点后,进行取址操作。
>eval &iTest
0x0044afa0 iTest
>eval &iTest1
0x0044afa4 iTest1
>eval &this// 注意只有我们进入Fun1()函数体内才能取得&this的值
0x0012fdf0 "玄_"
>eval &iTest2
0x0044afa8 iTest2
通过对比我们可以看出static变量iTest,iTest1,iTest2存放在全局变量区域,而&this(0x0012fdf0)的地址比&iTest(0x0044afa0)地址还要底,而static变量存放在单独全局
区域,并且这个区域是从底地址到高地址递增的。所以通过上面的对比至少我们可以肯定一点this指针的创建要比static变量(或者全局变量)早。那么更比创建A a;对象时调用A的构造函数早,只是创建a对象后,this指向a对象;
当我们创建两个A类对象时,会发现this指针的地址是相同的,但是this指针指向对象不同。当然不同了,如果相同。A a,b;那么a,b对象也就相同了,这种方式肯定是不对的。结论就是同一个类创建多个对象时,多个对象的this指针是同一个指针。也就是说在单进程单线程中this对象在放入CPU寄存器中时都是同一个地址,只是指向不同的对象而已。上面的测试是在DEBUG状态下的测试结果。
那么在Release是什么样?要多亏VC7.0支持Release下的断点,我们在Release下,启动调试。这时需要在Release状态下设置,优化状态为禁用(/Od)
>eval &this CXX0069: 错误: 变量需要堆栈帧
>eval this CXX0069: 错误: 变量需要堆栈帧
>eval *this CXX0069: 错误: 变量需要堆栈帧
>eval iRegData
5
>eval &iRegData
0x0012fec4// 注意这个地址,看看是否和>eval &this// 注意只有我们进入Fun1()函数体内才能取得&this的值0x0012fdf0 "玄_"在地址上很接近啊!一个是0x0012fec4,另一个是0x0012fdf0。
>eval iRegData
5
>eval &iRegData
0x0012fee0
通过上可以知道在debug和Release模式下iRegData都没有直接放入寄存器,而是在内存中开辟了内存空间,至于如何可以在运行时候看出register变量是放到寄存器,而不是内存中,我还不得而知,所以哪位高人知道,麻烦告诉我一声。看来this指针也不是register类型的,或者我现在的能力还不能确定this是register。后来才知道register对编译器只是一个提示,编译器可以执行也可以不执行,就像inline一样。但是至少我们可以使用__inline宏,可以确保函数被inline,但是register?有没有这种策略,我现在还不得而知。
补充:定义变量类型有四中分别是
1:Auto:非static,const类型变量,比如局部变量,int i;char c等。都是auto int i;auto char c;
2:static:静态变量,static int i,static char c;
3:const:常量变量,值不可修改。Const int i,static char c;
4:register:内存变量,编译器把此值直接放入寄存器。Register int i;register char c;
上面讨论我们都是从类中变量进行讨论的,但是无法确定this到底是什么?那么我们继续从类中的函数开始讨论this。并且我们也将逐渐深入编译状态下。
开始的使用已经举了例子,类内函数在解释函数时,把this指针作为函数的第一个参数进行传递。但是,当高级语言被编译成计算机可以识别的机器码时,有一个问题就凸现出来:在CPU中,计算机没有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数,也没有硬件可以保存这些参数(你讲看到this是一个例外)。也就是说,计算机不知道怎么给这个函数传递参数,传递参数的工作必须由函数调用者和函数本身来协调。为此,计算机提供了一种被称为栈的数据结构来支持参数传递。
被称为压栈(Push),压栈以后,栈顶自动变成新加入数据项的位置,栈顶指针也随之修
改。用户也可以从堆栈中取走栈顶,称为弹出栈(pop),弹出栈后,栈顶下的一个元素变
成栈顶,栈顶指针随之修改。
函数调用时,调用者依次把参数压栈,然后调用函数,函数被调用以后,在堆栈中取得数据,并进行计算。函数计算结束以后,或者调用者、或者函数本身修改堆栈,使堆栈恢复原装。在参数传递中,有两个很重要的问题必须得到明确说明:当参数个数多于一个时,按照什么顺序把参数压入堆栈函数调用后,由谁来把堆栈恢复原装在高级语言中,通过函数调用约定来说明这两个问题。常见的调用约定有:
stdcall
cdecl
fastcall
thiscall
naked call
原来函数调用约定也有这么多啊,看这都有点晕了呵呵。因为这篇文章讲的是this指针,所以在这里我们主要讨论thiscall。
class A
{
public:
int function1(int a,int b);
int function2(int a,...);// 定义VA(可变)函数
};
int A::function1 (int a,int b)
{
return a+b;
}
int A::function2(int a,...)
{
va_list ap;
va_start(ap,a);
int i;
int result = 0;
for(i = 0 i < a i ++)
{
result += va_arg(ap,int);
}
return result;
}
void callee()
{
A a;
a.function1 (1,2);
a.function2(3,1,2,3);
}
callee函数被翻译成汇编后就变成:
//函数function1调用
0401C1D push 2
00401C1F push 1
00401C21 lea ecx,[ebp-8]
00401C24 call function1 // 注意,这里this没有被入栈,而是通过ECX传递this指针
此时寄存器的各值如下
EAX = 00000003 EBX = 7FFDF000 ECX = 0012EE43
EDX = 00000001 ESI = 00000000 EDI = 0012EE48
EIP = 0041707A ESP = 0012ED70 EBP = 0012EE48
EFL = 00000206
察看this指针
>eval this
0x0012ee43// 看看这个值是否和ECX相同
//函数function2调用
00401C29 push 3
00401C2B push 2
00401C2D push 1
00401C2F push 3
00401C31 lea eax,[ebp-8] // 这里引入this指针,并把this指针放入栈内
EAX = 00000006 EBX = 7FFDF000 ECX = 0012ED70
EDX = 00000006 ESI = 00000000 EDI = 0012EE48
EIP = 0041708E ESP = 0012ED70 EBP = 0012EE48
EFL = 00000212
察看this指针
>eval this
0x0012ee43// 看看这个值是否和ECX相同
00401C34 push eax
00401C35 call function2
00401C3A add esp,14h
到现在,我们对this得了解还说不上深入了解。简单得说this就是指向对象自身的一个指针,讨论这么多其实就是想了解this在反编译阶段是如何传递运行得。也许就this的了解我们就可以基于以上讨论已经足够了。但是this的应用并不简单的就是这些内容,比如在ATL中,就有专门函数用来保存回复this指针的策略;我们在重载operator=也需要通过this判断赋值等号两边对象,是否指向同一个对象。
关于指针:指针和其它变量(int,char等)一样,在声明后会在内存中申请内存空间,存储在在程序的堆栈上,大小一般都是一个机器字的长度(比如在32位机上是4个字节)。简单的说指针是指向内存中地址的变量,可以是数据的地址也可以是函数的地址。一句话:指针是一种用于储存“另外一个变量的地址”的变量。或者拆成两句:指针是一个变量,它的值是另外一个变量的地址。
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