对象的传值与返回

对象的传值与返回

 

说起函数，就不免要谈谈函数的参数和返回值。一般的，我们习惯把函数看作一个处理的封装（比如黑箱），而参数和返回值一般对应着处理过程的输入和输出。这种情况下，参数和返回值都是值类型的，也就是说，函数和它的调用者的信息交流方式是用过数据的拷贝来完成，即我们习惯上称呼的“值传递”。但是自从引入了“引用”的概念后，函数的传统模型就不再那么“和谐”了。引用的传递可以允许函数和调用者共享数据对象，它们之间的信息交流不再使用信息拷贝的方式，而是使用更有效率的信息共享的方式，引用导致函数的参数并有输入和输出的双重功能。然而，事物总有两面性，信息共享带来方便的同时也带来了一定的不安全性。我们这里并不讨论函数的使用和设计，我们关注与函数参数和返回值的传递方式。

对于内置数据类型的参数和返回值，函数实际参数的传递一般是通过压栈完成，函数执行时会从栈内取出参数的值进行计算。在32处理器上，push指令一次只能压入4个字节的数据，那么对于long long就需要两次压栈指令了，而double类型参数就需要sub esp,8结合mov指令完成参数进栈的操作。函数带有返回值时，若返回值不大于4字节，则会把返回值存储在eax寄存器中，而long long类型返回值回保存在edx:eax寄存器中，double类型的数据会被协处理器栈保存。

相对于内置类型的参数传递和返回值，对象的传值和返回可能更复杂一点。当然，如果使用对象的引用或者指针作为参数传递和返回值的方式，这里和上述的内置类型并无多大区别，因为指针总是4个字节。如果不使用引用和指针，单纯传递纯粹的对象时，编译器会如何处理呢？

为此，我们定义一个简单的类A，为了防止编译器对我们的代码优化处理（参考我的前一篇博文），我们自己定义构造函数、复制构造函数和赋值运算符重载函数。

class A
{
    int x;
    int y;
    int z;
public:
    A(){}
    A(const A&a)
    {
        x=a.x;
        y=a.y;
        z=a.z;
    }
    const A&operator=(const A&a)
    {
        x=a.x;
        y=a.y;
        z=a.z;
    }
};

定义一个简单的具有对象参数和返回值的函数，以及测试代码。

A fun(A x)
{
    return x;
}
A a;
a=fun(a);

试想一下，如果A不是自定义类型，而是int类型的话，这段测试代码会有怎样的效果。

mov eax,[a];//取出a的值
push eax;//a值进栈
call fun;//调用fun
add esp,4;//恢复栈指针
mov [a],eax;//返回值写入a
;//而fun内部无非也是把参数x的值写入eax，然后返回而已。
mov eax,[a]
ret

事实是这样的吗？我们看一下VS2010的反汇编。

和我们的预期完全一致！

现在，我们回到对象的问题上来。由于对象是值传递方式，因此，对象传递之前需要进行一次对象拷贝（从原对象到实参）。函数调用结束后还需要将返回值对象进行一次拷贝。我们看看VS2010的处理方式。

 

对象a定义是需要调用它的构造函数A::A(0A1112Ch)。

对象A包含三个整形数据成员，因此它的大小是12（0x0C）字节。sub esp,0Ch正是开辟12个字节存储从对象a拷贝出来的12字节数据。

mov ecx,esp记录了被拷贝的参数对象的地址（this指针），push eax压入的是a的地址，也就是拷贝构造函数调用时参数对象的地址（引用）。拷贝构造函数（A::A(0A11131h)）会把a地址记录的对象数据拷贝到ecx记录的this对应的参数对象内。调用结束后，使用ret 4指令将刚才压入的a的地址弹出栈，这样栈顶保存着完整参数对象（刚才开辟的12个字节）。这样参数对象被完整的复制出来了。

push ecx压入了内存地址ebp-58h，这个地址既不是a的地址，也不是拷贝出参数对象的地址，而是要保存返回对象的地址！调用fun之前将该地址压栈，就是为了保存fun处理结束后的返回值对象。fun调用结束后将esp指针恢复了16字节，正好是参数对象的大小（12字节）加上返回值对象的地址（4字节）之和！要获得fun的返回值，直接访问eax即可，因为它保存着返回值对象的地址（ebp-58h）！

最后一步是对象的赋值，这里需要调用对象的赋值运算符重载函数。而参数正是刚才fun调用结束后eax的值，因为它存储了返回值对象的地址。ecx记录this指针，正是被赋值对象的地址（a的地址）。赋值运算符重载函数调用结束后，完成返回值对象的赋值操作。

按照编译器产生的fun函数的语义，我们使用高级语言可以将它的意思描述如下。

A a;//定义a
a.A();//默认构造
A x;//开辟x的12字节空间
x.(a);//对象复制到实际参数
A*pret=&ret;//取返回值对象地址(已经开辟过了)
fun(pret,x);//传递返回值指针pret和参数对象x
a=*pret;//把返回值对象赋值给对象a
//这样原本fun的函数形式就有所变化了。
void fun(A*pret,A x)
{
    pret->A(x);//将返回值拷贝到返回值对象内
    return;//啥也不返回了
}

我们看一下fun的汇编代码。

参数对象的地址被x记录了下来，ebp+8记录的正是函数第一个参数的内容，即返回值对象的地址！在拷贝构造函数调用之前，ecx保存的this指针正是返回值对象的，进栈的参数是x的地址，和我们预期的一样！

因此，我们可以针对对象的传值和返回得出如下结论：

1. 对象参数传递之前需要进行一次对象拷贝，将原对象的内容完整的拷贝到参数对象内部，函数执行时访问的是参数对象，而不是原对象。

2. 对象返回时，也需要将函数处理的结果进行一次对象拷贝，不过被拷贝的返回值对象内存已经在函数调用之前已经开辟出来了，函数只需要记录它的地址即可，然后调用拷贝构造函数初始化它。

3. 函数调用结束后，eax保存了返回值对象的地址，供调用者使用。

通过本文的描述，相信读者对对象作为函数参数和返回值时，编译器的内部处理机制有个更清晰的了解。