C++之this指针与另一种“多态”
2010-7-9
烛秋
一、引入
定义一个类的对象，首先系统已经给这个对象分配了空间，然后会调用构造函数（说明：假设存在构造函数--2010.9.5修正）。一个类有多个对象，当程序中调用对象的某个函数时，有可能要访问到这个对象的成员变量。而对于同一个类的每一个对象，都是共享同一份类函数。对象有单独的变量，但是没有单独的函数，所以当调用函数时，系统必须让函数知道这是哪个对象的操作，从而确定成员变量是哪个对象的。这种用于对成员变量归属对像进行区分的东西，就叫做this指针。事实上它就是对象的地址，这一点从反汇编出来的代码可以看到。
二、分析
1、测试代码：
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include<iostream>
using namespace std;
/////////////////////////////////////////////////////
class A
{
public:
A(char *szname)
{
cout<<"construct"<<endl;
name = new char[20];
strcpy(name, szname);
}
~A()
{
cout<<"destruct"<<endl;
delete name;
}
void show();
private:
char *name;
};
/////////////////////////////////////////////////////
void A::show()
{
cout<<"name = "<<name<<endl;
}
/////////////////////////////////////////////////////
int main()
{
A a("zhangsan");
a.show();
system("pause");
return 0;
}
程序在VC++6.0 32位操作系统上编译、运行。
对编译后的EXE文件，进行反汇编。反汇编工具为OllyDbg。
2、反汇编分析
关键点截图如下：
（1）从图1可以发现this指针通过ECX寄存器，传递给了成员函数。this指针就是对象的地址。
图 1 Main函数
（2）从图 2可以发现访问对象的成员变量用的就是之前通过ECX传入的this指针。
图 2 show（）函数
三、深入理解
通过截图及相关的资料，可以很清晰的知道在调用构造函数、show()函数之前的那个ECX就是this指针，也就是说这是一个验证性的实验，答案已经很清楚了，所要做的就是去动手体验一下。但是，假如我不懂C++、我不懂什么this指针，我一样可以发现这个叫做“this指针”的东西。通过OD的动态调试，当显示出了name时，逐步回溯可以发现name的源头是ECX。OD重新载入，查看在进入show()函数之前ECX是哪里来的，最终可以一步步的发现，ECX就是一个地址，这个地址里边的第一个值也是一个地址，指向一串字符串。再往上分析，进入show()上边的构造函数，可以发现里边有new操作，strcpy操作，这里就发现了字符串空间、内容的来源。至此，基本就分析完了。
通过这个过程可以发现很多C++的知识。如：对象的空间是在调用构造函数之前就分配好了的；对象里边没有函数；this指针通过寄存器ECX传递；通过声明定义的对象它的空间分配在栈中；等等这些跟系统或者C++有关联的知识。
但是，对于一个不懂C++的人看来，上面一段的体会都是没有的。从汇编指令看不出C++的思想，this指针不过是一个地址；对象不过是一些空间；构造函数、析构函数以及其它的函数，也不过是一堆指令的集合。C++的同一个类定义出来的多个对象，从汇编指令看来是这样的：有很多块地址空间，它们有相同的大小。当不同的对象调用成员函数时，在汇编指令看来是：它们都call同一个地址，这个call指令其实里边是一个jmp指令，用于跳向某个位置，在call指令之前一般都会把一个地址放到ECX中，当然有时候会用堆栈或者其它寄存器。C++的继承、多态、封装，对汇编程序员来说是看不出有什么神奇的，对于C++程序员来说那可就不同了，可以省去很多的工作，把很多事情都交给了编译器，让编译器自动给你搞定。C++程序员所讨论的对象及其众多的特点、优点，最终还是变成了“低级”的指令，而且可能是效率低下的指令，即便如此，它的优点仍远大于缺点，它让编程变得容易、高效。
四、延伸
忽然想到了C++的多态，一句话“将子类类型的指针赋值给父类类型的指针”，多态是通过虚函数实现。对虚函数及其相关内容的原理、详细理解就不细说了。说下我的简单理解，有一个基类A和子类B、C，有一个函数以基类A的指针为参数，然后在函数里头通过指针调用基类的成员函数。假如这个被调用的基类成员函数不是虚函数，那么是不可能实现多态的，因为翻译成汇编指令的时候，调用成员函数的这个地方是一个call指令，然后这个call指令跳到某个地方去执行，这是一个固定了的地址。通过定义为虚函数，调用成员函数的这个地方是通过虚函数表指针来确定调用哪个函数的，而虚函数表指针就放在对象的地址空间中，如果对象变了，那么虚函数表指针也变了，调用的函数也就不同了。对于那个以基类A的指针为参数的函数，指针即是对象的地址，如果传递的地址是子类B或者C的对象的地址，那么虚函数表指针也就不同了，调用的成员函数也就不同了。
这就是多态，这种多态使得调用同一个函数，因为传递参数的不同而显示出差异，参数可以是基类对象或者众多不同的子类对象。它们的差异是类与类之间的。
有虚函数的对象的内存布局，比没有虚函数的对象多了一个指向虚函数表的指针。因为虚函数的调用是通过虚函数表指针来实现的，所以有了多态。再考虑一下C++的this指针，一个类中的成员函数，依据this指针来区分不同的对象，也就是说根据this指针实现了访问不同的对象的成员变量。
这是否也是多态的一种表现？这里所说的多态已经不是那个“父类指针指向子类对象”的教条了，而是体现在同一个类的不同对象之间，调用同一个成员函数，依据参数“this指针”来实现访问不同的对象的成员变量。成员函数访问成员变量，在编译期无法确定它访问的成员变量在哪一个地址的，只有到了运行期依据this指针才能确定访问的地址。这一点很类似于类的多态：以基类指针为参数的函数里调用了某个基类的虚成员函数，在编译期无法确定程序运行时调用的会是哪个类的对象，只有到了运行期才确定会调用哪个类的对象。
this指针识别了同一个类的不同的对象，换句话说，this指针使得成员函数可以访问同一个类的不同对象。再深入一点，this指针使得成员函数会因为this指针的不同而访问到了不同的成员变量。这也是多态吧，只是它是必然存在的多态，这种多态跟基类与派生类之间的多态是不同级别的多态，它不像一般的多态可以通过对使用虚函数的选择来取舍，它是一个类对应多个对象、多个对象共享一份成员函数代码带来的必然结果。