深入探讨this指针

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:

     Stack();// 构造函数

     ~Stack();// 析构函数

public:

     void push(char c);// 压栈函数

private:

     char *top;// 栈顶元素

     char *max;// 栈容量

};

 

// 压栈函数

void Stack::push(char c)

{

     if(top > max)

     {

         ERROR;

     }

     *top++ = c;

}

 

// 定义公共函数，操作栈对象中的push函数

void FunStack(Stack *p)

{

     p->push('c');

}

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

{

     if(this->top > this->max)

     {

         ERROR;

     }

     *(this->top)++ = c;

}

 

void FunStack(p)// Stack *p;

{

     Stack__push(p,'c');

}

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。

    上面是简单的讨论，我们将逐步深入讨论this。

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

    this->top;// 访问变量

    this->push();// 访问函数

 

    (*this).top;// 访问变量

    (*this).push();// 访问函数

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。

    int *p;

    Const int *p;

    int * const p;

那么this指针是不是其中一种？下面我们分别验证。

    我们定义类,作为验证对象

    class A

{

public:

     int iData;// 简单期间我们定义为int型

     mutable int iData2;// mutable变量

int Fun1(){return ++iData;};// 普通函数㈠

     int Fun2() const {return ++iData;};// 带const的函数㈡

};

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。

    那么this对象是否是A *const this的值哪？首先我们先看一个例子

 

static int iTest = 1;

class A

{

public:

     int iData;// 简单期间我们定义为int型

     mutable int iData2;// mutable变量

     int Fun1()

     {

         int iTemp = 4;

         return ++iData;

     };// 普通函数

     int Fun2()const {return iData;};// 带const的函数

};

 

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

     A a;

static int iTest1 = 2;

     a.Fun1();

static int iTest2 = 3;

system("pause");

     return 0;

}

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？

    注意我们在这里不能直接使用&this获得this的指针，如果我们这样定义会提示

Error C2102 “&”要求一个L值

    通过上面至少我们知道，this不是一个个人定义的变量，只是在运行时刻有效。所以这时如果直接对this取地址，在编译时刻无法通过，提示如上错误。

    既然我们在程序中无法通过&this取得this的地址。那么我们有什么办法取得this的地址？我们上面已经提到this是在运行时刻有效，我们就以据这点查找this的地址。

    为了在取得this的地址，我们使用VC7.0下的命令窗口，在命令窗口中我们使用命令eval，通过这个命令我们可以取得this的地址。我们还是在上面的程序中设置断点

 

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

 

    在Release状态下&this，this，*this不存在了，提示是变量需要堆栈帧，说明此时的this指针不存在了。难到this指针只是在debug模式下有，在Release模式下没有？而C＋＋语言特性中并没有说this指针在调试状态下有而在Release模式下没有啊？只是强调this指针作为一种隐含参数传递。也就是在正确（请这样理解）的程序中this应该是不存在的，至少可以肯定的是说在内存中不存在this指针。

    我们使用C＋＋的时候知道有一种变量定义方式，也不存放到内存，而是直接放到寄存器中。我想你已经猜到了就是register类型变量，下面我们测试register类型变量是否和this指针是一样的结果。

    在程序中定义：register int iRegData;

    Debug模式下

>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。

    Release模式下

>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。
    栈是一种先进后出的数据结构，栈有一个存储区、一个栈顶指针。栈顶指针指向堆栈中第一个可用的数据项（被称为栈顶）。用户可以在栈顶上方向栈中加入数据，这个操作
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。

       thiscall是唯一一个不能明确指明的函数修饰，因为thiscall不是关键字（所以不要在C＋＋关键字中找了）。它是C++类成员函数缺省的调用约定。由于成员函数调用有一个this指针，因此必须特殊处理，thiscall意味着：参数从右向左入栈，如果参数个数确定，this指针通过ecx传递给被调用者；如果参数个数不确定，this指针在所有参数压栈后被压入堆栈。对参数个数不定的，调用者清理堆栈，否则函数自己清理堆栈为了说明这个调用约定，定义如下类和使用代码：

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。

 

参考资料

孙晓涛等《Windows高级编程》西北工业大学出版社（1997年10月 西安）

逸学堂《关于this指针的深入探讨》优快云

《C＋＋编程思想》