直接調(diào)用類(lèi)成員函數(shù)地址

作者：南風(fēng)

下載源代碼

摘要：介紹了如何取成員函數(shù)的地址以及調(diào)用該地址.

關(guān)鍵字：C++成員函數(shù) this指針 調(diào)用約定

一、成員函數(shù)指針的用法

　　在C++中，成員函數(shù)的指針是個(gè)比較特殊的東西。對(duì)普通的函數(shù)指針來(lái)說(shuō)，可以視為一個(gè)地址,在需要的時(shí)候可以任意轉(zhuǎn)換并直接調(diào)用。但對(duì)成員函數(shù)來(lái)說(shuō)，常規(guī)類(lèi)型轉(zhuǎn)換是通不過(guò)編譯的，調(diào)用的時(shí)候也必須采用特殊的語(yǔ)法。C++專(zhuān)門(mén)為成員指針準(zhǔn)備了三個(gè)運(yùn)算符: "::*"用于指針的聲明，而"->*"和".*"用來(lái)調(diào)用指針指向的函數(shù)。比如:

   class tt
   {
       public: void foo(int x){ printf("\n %d \n",x); }
   };

   typedef   void  ( tt::* FUNCTYPE)(int );


    FUNCTYPE ptr = tt::foo;  //給一個(gè)成員函數(shù)指針賦值.

    tt a;
    (a.*ptr)(5);   //調(diào)用成員函數(shù)指針.

    tt *b = new tt;
    (b->*ptr)(6);  //調(diào)用成員函數(shù)指針.

    DWORD dwFooAddrPtr= 0;
    dwFooAddrPtr = (DWORD) &tt::foo;  /* Error C2440 */
    dwFooAddrPtr = reinterpret_cast (&tt::foo); /* Error C2440 */

二、取成員函數(shù)的地址

　　當(dāng)然，引用某位大師的話(huà):"在windows中，我們總是有辦法的"。同樣，在C++中，我們也總是有辦法的。這個(gè)問(wèn)題，解決辦法已經(jīng)存在了多年，并且廣為使用（在MFC中就使用了）。一般有兩個(gè)方法，一是使用內(nèi)嵌的匯編語(yǔ)言直接取函數(shù)地址，二是使用union類(lèi)型來(lái)逃避C++的類(lèi)型轉(zhuǎn)換檢測(cè)。兩種方法都是利用了某種機(jī)制逃避C++的類(lèi)型轉(zhuǎn)換檢測(cè)，為什么C++編譯器干脆不直接放開(kāi)這個(gè)限制，一切讓程序員自己作主呢？當(dāng)然是有原因的，因?yàn)轭?lèi)成員函數(shù)和普通函數(shù)還是有區(qū)別的，允許轉(zhuǎn)換后，很容易出錯(cuò)，這個(gè)在后面會(huì)有詳細(xì)的說(shuō)明?，F(xiàn)在先看看取類(lèi)成員函數(shù)地址的兩種方法：

第一種方法:

template 
void GetMemberFuncAddr_VC6(ToType& addr,FromType f)
{
    union 
    {
	FromType _f;
	ToType   _t;
    }ut;

    ut._f = f;

    addr = ut._t;
}

#define GetMemberFuncAddr_VC8(FuncAddr,FuncType){                                                   __asm                                           {                                                   mov eax,offset FuncType                     };                                              __asm                                           {                                                   mov FuncAddr, eax                           };                                          }

　　通過(guò)上面兩個(gè)方法，我們可以取到成員函數(shù)的地址。不過(guò)，如果不能通過(guò)地址來(lái)調(diào)用成員函數(shù)的話(huà)，那也還是沒(méi)有任何用處。當(dāng)然，這是可行的。不過(guò)在這之前，需要了解關(guān)于成員函數(shù)的一些知識(shí)。
　　我們知道，成員函數(shù)和普通函數(shù)最大的區(qū)別就是成員函數(shù)包含一個(gè)隱藏的參數(shù)this指針，用來(lái)表明成員函數(shù)當(dāng)前作用在那一個(gè)對(duì)象實(shí)例上。根據(jù)調(diào)用約定（Calling Convention）的不同，成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)this指針的方式也不同。如果使用__thiscall調(diào)用約定，那么this指針保存在寄存器ECX中，VC編譯器缺省情況下就是這樣的。如果是__stdcall或__cdecl調(diào)用約定，this指針將通過(guò)棧進(jìn)行傳遞，且this指針是最后一個(gè)被壓入棧的參數(shù)，相當(dāng)于編譯器在函數(shù)的參數(shù)列表中最左邊增加了一個(gè)this參數(shù)。
　　 這里還有件事不得不提，雖然vc將__thiscall類(lèi)型作為成員函數(shù)的默認(rèn)類(lèi)型，但是vc6卻沒(méi)有定義__thiscall關(guān)鍵字!如果你使用__thiscall來(lái)定義一個(gè)函數(shù)，編譯器報(bào)錯(cuò)：'__thiscall' keyword reserved for future use。

知道這些就好辦了，我們只要根據(jù)不同的調(diào)用約定，準(zhǔn)備好this指針，然后象普通函數(shù)指針一樣的使用成員函數(shù)地址就可以了。

　　對(duì)__thiscall類(lèi)型的成員函數(shù)(注意，這個(gè)是VC的默認(rèn)類(lèi)型)，我們?cè)谡{(diào)用之前加一句: mov ecx, this; 然后就可以調(diào)用成員函數(shù)指針。例如:

class tt 
{
 public:

    void foo(int x,char c,char *s)//沒(méi)有指定類(lèi)型,默認(rèn)是__thiscall.
    {
        printf("\n m_a=%d, %d,%c,%s\n",m_a,x,c,s);
    }

    int m_a;
};

typedef  void (__stdcall *FUNCTYPE)(int x,char c,char *s);//定義對(duì)應(yīng)的非成員函數(shù)指針類(lèi)型,注意指定__stdcall.


    tt abc;
    abc.m_a = 123;

    DWORD ptr;
    DWORD This = (DWORD)&abc;
 
    GetMemberFuncAddr_VC6(ptr,tt::foo); //取成員函數(shù)地址.

    FUNCTYPE fnFooPtr  = (FUNCTYPE) ptr;//將函數(shù)地址轉(zhuǎn)化為普通函數(shù)的指針. 

    __asm //準(zhǔn)備this指針.
    {
        mov ecx, This;
    }

    fnFooPtr(5,'a',"7xyz"); //象普通函數(shù)一樣調(diào)用成員函數(shù)的地址.

class tt 
{

public:

    void __stdcall foo(int x,char c,char *s)//成員函數(shù)指定了__stdcall調(diào)用約定.
    {
        printf("\n m_a=%d, %d,%c,%s\n",m_a,x,c,s);
    }

    int m_a;
};

typedef  void (__stdcall *FUNCTYPE)(void *This,int x,char c,char *s);//注意多了一個(gè)void *參數(shù).

    tt abc;
    abc.m_a = 123;

    DWORD ptr;
 
    GetMemberFuncAddr_VC6(ptr,tt::foo); //取成員函數(shù)地址.

    FUNCTYPE fnFooPtr = (FUNCTYPE) ptr;//將函數(shù)地址轉(zhuǎn)化為普通函數(shù)的指針. 

    fnFooPtr(&abc,5,'a',"7xyz"); //象普通函數(shù)一樣調(diào)用成員函數(shù)的地址,注意第一個(gè)參數(shù)是this指針.

//調(diào)用類(lèi)成員函數(shù)
//callflag:成員函數(shù)調(diào)用約定類(lèi)型,0--thiscall,非0--其它類(lèi)型.
//funcaddr:成員函數(shù)地址.
//This:類(lèi)對(duì)象的地址.
//count:成員函數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù).
//...:成員函數(shù)的參數(shù)列表.
DWORD CallMemberFunc(int callflag,DWORD funcaddr,void *This,int count,...)
{
	DWORD re;

	if(count>0)//有參數(shù),將參數(shù)壓入棧.
	{
		__asm
		{
			mov  ecx,count;//參數(shù)個(gè)數(shù),ecx,循環(huán)計(jì)數(shù)器.
			mov  edx,ecx;
			shl  edx,2;    
			add  edx,0x14;  edx = count*4+0x14;

	  next:	push  dword ptr[ebp+edx];
			sub   edx,0x4;
			dec   ecx  
			jnz   next;
		}
	}

	//處理this指針.
	if(callflag==0) //__thiscall,vc默認(rèn)的成員函數(shù)調(diào)用類(lèi)型.
	{
		__asm mov ecx,This;
	}
	else//__stdcall
	{
		__asm push This;
	}

	__asm//調(diào)用函數(shù)
	{
		call funcaddr;
		mov  re,eax;
	}

	return re;
}

四、進(jìn)一步的討論

　　到目前為止，已經(jīng)討論了如何取成員函數(shù)的地址，然后如何使用這個(gè)地址。但是還有些重要的情況沒(méi)有討論，我們知道成員函數(shù)可分為三種：普通成員函數(shù)，靜態(tài)，虛擬。另外更重要的是，在繼承甚至多繼承下情況如何。

首先看看最簡(jiǎn)單的單繼承，非虛擬函數(shù)的情況。
　

class tt1
{
public:
	void foo1(){ printf("\n hi, i am in tt1::foo1\n"); }
};

class tt2 : public tt1
{
public:
	void foo2(){ printf("\n hi, i am in tt2::foo2\n"); }
};

注意，tt2中沒(méi)有定義函數(shù)foo1，它的foo1函數(shù)是從tt1中繼承過(guò)來(lái)的。這種情況下，我們直接取tt2::foo1的地址行會(huì)發(fā)生什么?

DWORD tt2_foo1;
tt1 x;

GetMemberFuncAddr_VC6(tt2_foo1,&tt2::foo1);
CallMemberFunc(0,tt2_foo1,&x,0); // tt2::foo1 = tt1::foo1

　　運(yùn)行結(jié)果表明，一切正常！當(dāng)我們寫(xiě)下tt2::foo1的時(shí)候，編譯器知道那實(shí)際上是tt1::foo1，因此它會(huì)暗中作替換。編譯器(VC6)產(chǎn)生的代碼如下:

GetMemberFuncAddr_VC6(tt2_foo1,&tt2::foo1); //源代碼.

//VC6編譯器產(chǎn)生的匯編代碼:

push offset @ILT+235(tt1::foo1) (004010f0) //直接用tt1::foo1 替換 tt2::foo1.
...

再看看稍微復(fù)雜些的情況，繼承情況下的虛擬函數(shù)。

class tt1
{
public:
	void foo1(){ printf("\n hi, i am in tt1::foo1\n"); }
	virtual void foo3(){ printf("\n hi, i am in tt1::foo3\n"); }
};

class tt2 : public tt1
{
public:
	void foo2(){ printf("\n hi, i am in tt2::foo2\n"); }
	virtual void foo3(){ printf("\n hi, i am in tt2::foo3\n"); }
};

現(xiàn)在tt1和tt2都定義了虛函數(shù)foo3，按C++語(yǔ)法，如果通過(guò)指針調(diào)用foo3，應(yīng)該發(fā)生多態(tài)行為。下面的代碼：

DWORD tt1_foo3,tt2_foo3;

GetMemberFuncAddr_VC6(tt1_foo3,&tt1::foo3);
GetMemberFuncAddr_VC6(tt2_foo3,&tt2::foo3);

tt1 x;
tt2 y;

CallMemberFunc(0,tt1_foo3,&x,0); // tt1::foo3
CallMemberFunc(0,tt2_foo3,&x,0); // tt2::foo3

CallMemberFunc(0,tt1_foo3,&y,0); // tt1::foo3
CallMemberFunc(0,tt2_foo3,&y,0); // tt2::foo3

輸出如下:

hi, i am in tt1::foo3
hi, i am in tt1::foo3
hi, i am in tt2::foo3
hi, i am in tt2::foo3

　　請(qǐng)注意第二行輸出，tt2_foo3取的是&tt2::foo3，但由于傳遞的this指針產(chǎn)生是&x，所以實(shí)際上調(diào)用了tt1::foo3。同樣，第三行輸出，取的是基類(lèi)的函數(shù)地址，但由于實(shí)際對(duì)象是派生類(lèi)，最后調(diào)用了派生類(lèi)的函數(shù)。 這說(shuō)明取得的成員函數(shù)地址在虛擬函數(shù)的情況下仍然保持了正確的行為。
　　你若真的理解了上面所說(shuō)的，一定會(huì)覺(jué)得奇怪。取函數(shù)地址的時(shí)候就得到了一個(gè)整數(shù)(成員函數(shù)地址)，為何調(diào)用的時(shí)候卻進(jìn)了不同的函數(shù)? 只要看看匯編代碼就都清楚了，"源碼之前，了無(wú)秘密"。源代碼: GetMemberFuncAddr_VC6(tt1_foo3,&tt1::foo3); 產(chǎn)生的匯編代碼如下:

push offset @ILT+90(`vcall') (0040105f)
...

　　原來(lái)取tt1::foo3地址的時(shí)候，并不是真的就將tt1::foo3的地址傳給了函數(shù)，而是傳了一個(gè)vcall函數(shù)的地址。顧名思義，vcall當(dāng)然是虛擬調(diào)用的意思。我們找到地址0040105f，看看這個(gè)函數(shù)到底干了些什么。

@ILT+90(??_9@$BA@AE):
0040105F jmp `vcall' (00401380)

該地址只是ILT的一個(gè)項(xiàng),直接跳轉(zhuǎn)到真正的vcall函數(shù),00401380。找到00401380，就可以看到vcall的代碼。

`vcall':
00401380 mov eax,dword ptr [ecx] ;//將this指針視為dword類(lèi)型,并將指向的內(nèi)容(對(duì)象的首個(gè)dword)放入eax.
00401382 jmp dword ptr [eax] ;//跳轉(zhuǎn)到eax所指向的地址.

　　代碼執(zhí)行的時(shí)候,ecx就是this指針,具體說(shuō)就是上面對(duì)象x或y的地址。而eax就是對(duì)象x或y的第一個(gè)dword的值。我們知道，對(duì)于有虛擬函數(shù)的類(lèi)對(duì)象，其對(duì)象的首地址處總是一個(gè)指針，該指針指向一個(gè)虛函數(shù)的地址表。上面的對(duì)象由于只有一個(gè)虛函數(shù)，所以虛函數(shù)表也只有一項(xiàng)。因此，直接跳轉(zhuǎn)到eax指向的地址就好。如果有多個(gè)虛函數(shù)，則eax還要加上一個(gè)偏移量，以定位到不同的虛函數(shù)。比如，如果有兩個(gè)虛函數(shù)，則會(huì)有兩個(gè)vcall代碼，分別對(duì)應(yīng)不同的虛函數(shù)，其代碼大概是下面的樣子:

`vcall':
00401BE0 mov eax,dword ptr [ecx]
00401BE2 jmp dword ptr [eax]

`vcall':
00401190 mov eax,dword ptr [ecx]
00401192 jmp dword ptr [eax+4]

編譯器根據(jù)取的是哪個(gè)虛函數(shù)的地址，則相應(yīng)的用對(duì)應(yīng)的vcall地址代替。

　　 總結(jié)一下：用前面方法取得的成員函數(shù)地址在虛擬函數(shù)的情況下仍然保持正確的行為，是因?yàn)榫幾g器實(shí)際上傳遞了對(duì)應(yīng)的vcall地址。而vcall代碼會(huì)根據(jù)上下文this指針定位到對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)表，進(jìn)而調(diào)用正確的虛函數(shù)。
　　最后，我們看一下多繼承情況。很明顯，現(xiàn)在情況要復(fù)雜得多。如果實(shí)際試一下，會(huì)碰到很多困難。首先，指定成員函數(shù)的時(shí)候可能會(huì)碰到?jīng)_突。其次，給定this指針的時(shí)候需要經(jīng)過(guò)調(diào)整。另外，對(duì)虛擬繼承可能還要特別處理。解決所有這些問(wèn)題已經(jīng)超出了這篇文章的范圍，并且我想要的成員函數(shù)指針是一個(gè)真正的指針，而在多繼承的情況下，很多時(shí)候成員函數(shù)指針已經(jīng)變成了一個(gè)結(jié)構(gòu)體(見(jiàn)參考文獻(xiàn))，這時(shí)要正確調(diào)用該指針就變得格外困難。因此結(jié)論是，上面討論的方法并不適用于多繼承的情況，要想在多繼承的情況下直接調(diào)用成員函數(shù)地址，必須手工處理各種調(diào)整，沒(méi)有簡(jiǎn)單的統(tǒng)一方法。