深度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。可是如今还是不敢放开手来写,战战兢兢。
不是操心自己写错。而是唯恐自己错误误导别人。同一时候也希望这篇文章能给你一点收获。既然是深入探讨this指针,所以建议刚開始学习的人。最好具有一定编译基础。调试基础。假设大家觉得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指针的描写叙述我们一般从语言层次上讲;
this指针作为一个隐含參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。编译器会根据该成员函数的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。简单样例
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');
}
上面的代码我们增加this概念,以C代码形式显示(你能够理解编译C++成C代码后,Cfront開始就是这么做的)
// 用普通C描写叙述类成员函数
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(仅仅是听说没有使用过)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。所以仅仅能是this指针而不是引用了。
第二个问题,更简单了,就是由于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訪问对象(已经成惯例了)中函数和变量时一般这样使用
this->top;// 訪问变量
this->push();// 訪问函数
(*this).top;// 訪问变量
(*this).push();// 訪问函数
通过上面样例,我们从语言层次上说this是一个指针(或许你说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,比方我们最常见的指针有。
int *p;
Const int *p;
int * const p;
那么this指针是不是当中一种?以下我们分别验证。
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函数能够正确运行。
上面㈡函数。不能通过编译,我们知道在const函数中,不同意改动类中变量。
那么终于原因是什么?事实上在上面的样例中,我们用C实现
int A_Fun2(const A* this);
const函数本质是const this的原因,所以不同意改动iData值。
至少如今我们能够确定this指针。不是一个const常量指针。由于假设this是常量指针。我们就不能改动类中变量的值了。
捎带我们提一下C++中keywordmutable,如上定义的mutable int iData2;// mutable变量,这样我们就能够在const函数中改动iData2的值。事实上这时的mutable和public,private,protected是同样的,这些keyword仅仅是在编译时刻实用。编译后变量类型是没有差别的。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推断类型转换的正误。
那么this对象是否是A *const this的值哪?首先我们先看一个样例
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;
}
我们通过上面的样例查看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变量的地址进行对照,看一看this指针究竟分配到哪里?
注意我们在这里不能直接使用&this获得this的指针。假设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,仅仅是在执行时刻有效。所以这时假设直接对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是在执行时刻有效。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下的命令窗体。在命令窗体中我们使用命令eval,通过这个命令我们能够取得this的地址。我们还是在上面的程序中设置断点
在debug下,我们执行上面的程序。并进入断点后。进行取址操作。
>eval &iTest
0x0044afa0 iTest
>eval &iTest1
0x0044afa4 iTest1
>eval &this// 注意仅仅有我们进入Fun1()函数体内才干取得&this的值
0x0012fdf0 "玄_"
>eval &iTest2
0x0044afa8 iTest2
通过对照我们能够看出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。而且这个区域是从底地址到高地址递增的。
所以通过上面的对照至少我们能够肯定一点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,仅仅是创建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指针的地址是同样的。可是this指针指向对象不同。当然不同了。假设同样。A a。b。那么a,b对象也就同样了,这样的方式肯定是不正确的。
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。仅仅是指向不同的对象而已。
上面的測试是在DEBUG状态下的測试结果。
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。
这时须要在Release状态下设置,优化状态为禁用(/Od)
>eval &this CXX0069: 错误: 变量须要堆栈帧
>eval this CXX0069: 错误: 变量须要堆栈帧
>eval *this CXX0069: 错误: 变量须要堆栈帧
在Release状态下&this,this。*this不存在了,提示是变量须要堆栈帧。说明此时的this指针不存在了。难到this指针仅仅是在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?仅仅是强调this指针作为一种隐含參数传递。
也就是在正确(请这样理解)的程序中this应该是不存在的,至少能够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,以下我们測试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// 注意仅仅有我们进入Fun1()函数体内才干取得&this的值0x0012fdf0 "玄_"在地址上非常接近啊。一个是0x0012fec4。还有一个是0x0012fdf0。
Release模式下
>eval iRegData
5
>eval &iRegData
0x0012fee0
通过上能够知道在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。至于怎样能够在运行时候看出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,或者我如今的能力还不能确定this是register。后来才知道register对编译器仅仅是一个提示,编译器能够运行也能够不运行。就像inline一样。
可是至少我们能够使用__inline宏。能够确保函数被inline,可是register?有没有这样的策略。我如今还不得而知。
补充:定义变量类型有四中各自是
1:Auto:非static,const类型变量。比方局部变量。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,值不可改动。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,可是无法确定this究竟是什么?那么我们继续从类中的函数開始讨论this。而且我们也将逐渐深入编译状态下。
開始的使用已经举了样例,类内函数在解释函数时,把this指针作为函数的第一个參数进行传递。可是,当高级语言被编译成计算机能够识别的机器码时,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须要多少个、什么样的參数,也没有硬件能够保存这些參数(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參数。传递參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參数传递。
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)。用户能够在栈顶上方向栈中增加数据,这个操作
被称为压栈(Push),压栈以后,栈顶自己主动变成新增加数据项的位置,栈顶指针也随之修
改。用户也能够从堆栈中取走栈顶。称为弹出栈(pop),弹出栈后。栈顶下的一个元素变
成栈顶。栈顶指针随之改动。
函数调用时,调用者依次把參数压栈,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、或者函数本身改动堆栈。使堆栈恢复原装。在參数传递中,有两个非常重要的问题必须得到明白说明:当參数个数多于一个时。依照什么顺序把參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。由于这篇文章讲的是this指针,所以在这里我们主要讨论thiscall。
thiscall是唯一一个不能明白指明的函数修饰。由于thiscall不是keyword(所以不要在C++keyword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:參数从右向左入栈。假设參数个数确定。this指针通过ecx传递给被调用者;假设參数个数不确定,this指针在全部參数压栈后被压入堆栈。
对參数个数不定的,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,定义例如以下类和使用代码:
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
此时寄存器的各值例如以下
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同样
//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同样
00401C34 push eax
00401C35 call function2
00401C3A add esp,14h
到如今,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。讨论这么多事实上就是想了解this在反编译阶段是怎样传递执行得。或许就this的了解我们就能够基于以上讨论已经足够了。可是this的应用并不简单的就是这些内容,比方在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=也须要通过this推断赋值等号两边对象,是否指向同一个对象。
关于指针:指针和其他变量(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(比方在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,能够是数据的地址也能够是函数的地址。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。
參考资料
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》CSDN
《C++编程思想》
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