从汇编看c++中的多态详解

在c++中，当一个类含有虚函数的时候，类就具有了多态性。构造函数的一项重要功能就是初始化vptr指针，这是保证多态性的关键步骤。

构造函数初始化vptr指针

下面是c++源码:

下面是对应的main函数汇编码:

从汇编码可以看到，由于类X具有虚函数，main函数在栈上为对象x预留了8byte的空间，用来存放vptr指针和成员变量i。

下面是x的构造函数的汇编码:

从代码中可以看出来，编译器确实暗中插入了代码，来用vtable的首地址初始化vptr指针，并且vptr指针位于对象首地址处。

如果类有继承关系，构造函数又如何初始化vptr指针呢？

下面是c++源码:

下面是main函数中的汇编码:

下面是子类构造函数汇编码:

下面是父类构造函数汇编码:

从上面子类和父类的构造函数汇编码可以看出来，子对象包含父对象，在构造子对象的时候先构造父对象(子对象构造函数先调用父对象构造函数)。而且父对象的首地址和子对象的首地址一样(通过汇编码中ecx传递的值可以看出来)，因此父对象和子对象的vptr指针位于同一处。所以，在构造对象的构成中，vptr指针先被初始化指向父对象的vtable首地址(在父对象构造函数中)，最后又被初始化为指向子对象的vtable首地址(在子对象的构造函数中)。因此，在涉及继承的时候，vptr指针的值由最后调用的构造函数决定。

在构造函数调用虚函数机制失效，也就是说，在构造函数中调用虚函数总是本地版本(析构函数中也是一样)

c++源码如下:

下面主要来看父类X和子类Y中的构造函数的汇编码:

子类Y的构造函数汇编码:

父类X构造函数的汇编码:

从汇编码中可以看到，构造函数中确实不存在虚机制，都只调用本地版本的函数

析构函数

析构函数在执行的时候，会先将vptr指针初始化为当前类的虚表vtable首地址，但是如果析构函数时编译器提供非无用的默认析构函数，则不会有vptr指针的初始化操作:

c++源码:

类Y析构函数汇编码:

从汇编码可以看到，编译器为y对象提供了非无用的默认析构函数，用来调用父类的析构函数，但是在y对象的析构函数里面，并没有初始化y对象vptr指针指向类Y的虚表vtable的操作。

下面是类X的析构函数汇编码:

父类的析构函数有初始化vptr的操作，此时的vptr所指向的虚表已经是类X所对应的虚表，而不是子类Y对应的虚表。

抽象基类

c++源码如下:

只看父类X的构造函数和子类Y的构造函数的汇编码:

子类Y构造函数的汇编码:

父类X构造函数汇编码:

从汇编码可以看出，在构造子类的过程中，依然调用了父类的构造函数，尽管父类是一个抽象类。但这只是为了初始化子对象中包含父对象的部分，如果直接想从父类实例化一个对象，编译器报错，这是因为父类的vtable不完全，编译器不能安全的创建一个抽象类对象。而在构造子对象的构成当中，虽然在构造子对象中所包含的的父对象部分，vptr暂时指向了父类的vtable，但是，当子对象构造完成时，vptr最终指向了子类的vtable。子类的vtable是一个完整的，因此编译器允许。

多态的晚捆绑机制只有在用地址或者引用调用虚函数的时候才有效，如果用对象本身直接调用虚函数，则不会出现晚捆绑，而是直接调用。

c++源码:

主要来看用对象直接调用函数f和用指针调用函数f的汇编码:

用对象直接调用函数f的汇编码:

用指针间接调用函数f的汇编码:

从汇编码中可以看出，用对象直接调用的时候根本没有访问虚表vtable，只有用指针调用的时候才会访问vtable，形成晚捆绑。因为用对象直接调用的时候，编译器已经知道了对象的确切类型，为了提高效率，当调用这些虚函数的时候，使用了造捆绑。

继承和vtable

当子类继承父类时，编译器为子类重新创建一个vtable，并且父类中的虚函数在父类vatelbe中的位置准确的映射到子类vtable中的同样位置，对于子类中重新定义的虚函数，将在子类vtable的新位置插入其地址。

下面是c++源码:

可以看到，用yp指针调用子类中的虚函数c，编译器报错。这是因为尽管yp指针所指向的时机类型是子类Y，但是由于向上转型为基类X类型，因此，编译器在编译的时候只针对基类，而基类只有虚函数a，b，所以不允许调用子类中的虚函数c。

下面只给出调用虚函数时的汇编代码:

从汇编码可以看出，a，b虚函数在子类vtable和父类table中的位置是一样的(从它们相对于自己所在vtable的偏移量可以看出)。这就保证了不论对象实际的类型是什么，编译器总能使用同样的偏移量来调用虚函数。假如不这么做，也就是说虚函数a，b在子类Y的vtable中的位置和在父类X的vtable中的位置不一样，由于向上转型，编译器只针对父类工作，也就是对虚函数a，b的调用只会根据父类X的vtable来确定偏移量，那么在实际运行的时候就会出错，实际的子对象根本调用不到正确的函数，多态失效。

在上面的例子中，如果将yp转为实际的类型调用c，我们会看到编译器形成的偏移量为8byte，汇编代码如下:

对象切片

如果进行向上转型的时候不是用传地址或者引用，而是用传值，那么就会发生对象切片，即派生类对象中原有的部分被切除，只保留了基类的部分。

下面是c++源码:

下面是main函数的汇编码:

从汇编吗中可以看出，临时对象的大小为父类X的大小，调用的拷贝函数也是父类X的拷贝函数。

下面是父类X的拷贝函数汇编码:

从拷贝函数可以看出，临时对象只拷贝了y的所包含的的父对象部分(y被切片了),并且临时对象的vptr指针也初始化为类X的vtable首地址。

下面是函数f的汇编码:

这里调用的是类X里面的成员函数，并且没有访问虚表vtable

下面是类X里面的虚成员函数b的汇编码:

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