[C++]类的空指针调用成员函数后,会发生什么事?

类的实例调用成员函数的原理

其实不管是通过对象实例或指针实例调用,其实底层调用的过程都是一样的,都是把当前对象的指针作为一个参数传递给被调用的成员函数。通过下面的相关实例代码进行检验:

实验的C++代码

class Student
{
private:
	int age;
public:
	Student() {}
	Student(int age) : age(age) {}
	int getAge() { return this->age; }
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
	Student s(10);
	int age = s.getAge();

	Student* ps = new Student(10);
	age = ps->getAge();

	return 0;
}

 基于VS2015调试功能的反汇编代码

int main(int argc, char const *argv[])
{
00A41860  push        ebp  
00A41861  mov         ebp,esp  
00A41863  push        0FFFFFFFFh  
00A41865  push        0A461D2h  
00A4186A  mov         eax,dword ptr fs:[00000000h]  
00A41870  push        eax  
00A41871  sub         esp,104h  
00A41877  push        ebx  
00A41878  push        esi  
00A41879  push        edi  
00A4187A  lea         edi,[ebp-110h]  
00A41880  mov         ecx,41h  
00A41885  mov         eax,0CCCCCCCCh  
00A4188A  rep stos    dword ptr es:[edi]  
00A4188C  mov         eax,dword ptr [__security_cookie (0A4B004h)]  
00A41891  xor         eax,ebp  
00A41893  mov         dword ptr [ebp-10h],eax  
00A41896  push        eax  
00A41897  lea         eax,[ebp-0Ch]  
00A4189A  mov         dword ptr fs:[00000000h],eax  
	Student s(10);
00A418A0  push        0Ah  /*构造函数中的实参值: 10 */
00A418A2  lea         ecx,[s]  /*取实例s的内存地址,并赋值给寄存器ECX*/
00A418A5  call        Student::Student (0A4103Ch)  /*调用位于内存地址0A4103Ch的构造函数*/
	int age = s.getAge();
00A418AA  lea         ecx,[s]  /*取实例s的内存地址,并赋值给寄存器ECX*/
00A418AD  call        Student::getAge (0A412D5h)  /*调用位于内存地址0A412D5h的成员函数*/
00A418B2  mov         dword ptr [age],eax  /*成员函数的返回值赋给变量age*/

	Student* ps = new Student(10);
00A418B5  push        4  /*类实例所需的内存大小,有一个int类型成员,故为4字节(32位编译)*/
00A418B7  call        operator new (0A412A3h)  /*调用全局的内存分配函数,类似C的malloc函数*/
00A418BC  add         esp,4  /*栈顶加4个字节,用于保存operator new内存分配返回的内存地址值*/
00A418BF  mov         dword ptr [ebp-108h],eax  /*eax存的就是返回的内存地址,赋值到ptr [ebp-108h]这是处于栈中的内存*/
00A418C5  mov         dword ptr [ebp-4],0  
00A418CC  cmp         dword ptr [ebp-108h],0  
00A418D3  je          main+8Ah (0A418EAh)  /*与上一句联动,如果分配的地址为0,即失败,跳转到0A418EAh*/
00A418D5  push        0Ah  /*调用构造函数的实参值: 10*/
00A418D7  mov         ecx,dword ptr [ebp-108h]  /*取指针ps指向的实例的内存地址值并赋值给寄存器ECX*/
00A418DD  call        Student::Student (0A4103Ch)  /*调用位于内存地址 0A4103Ch 的构造函数*/
00A418E2  mov         dword ptr [ebp-110h],eax  
00A418E8  jmp         main+94h (0A418F4h)  
00A418EA  mov         dword ptr [ebp-110h],0  
00A418F4  mov         eax,dword ptr [ebp-110h]  
00A418FA  mov         dword ptr [ebp-0FCh],eax  
00A41900  mov         dword ptr [ebp-4],0FFFFFFFFh  
00A41907  mov         ecx,dword ptr [ebp-0FCh]  
00A4190D  mov         dword ptr [ps],ecx  
	age = ps->getAge();
00A41910  mov         ecx,dword ptr [ps]  /*取实例s的内存地址值并赋值给寄存器ECX*/
00A41913  call        Student::getAge (0A412D5h)  /*调用位于内存地址 0A412D5h 的成员函数*/
	age = ps->getAge();
00A41918  mov         dword ptr [age],eax  

	return 0;
00A4191B  xor         eax,eax  
}

分析

通过源码与汇编代码的对比,就可以知道,其实成员函数与类的实例是没有绑定关系,成员函数是属于类的,在内存中仅仅只是一个有效的内存地址。对于成员函数中需要用到实例,就通过寄存器ECX传递过来。

这里引起一上思考,为什么不通过栈传递呢?

首先要明白,栈是位于内存的,而寄存器是位于CPU的,这二者的读写速率就天差地别了, 这是效率的优化;另外只要处于当前成员函数中时,约定不对ECX寄存器进行修改就好。

 

回归标题

所以回归到标题,如果一个类的空指针调用了成员函数后,编译是通过的。接着在运行过程中,分两种情况:

一、当被调用的成员函数中,未使用this指针去调用当前实例的成员变量,程序正常运行不报错;

class Student
{
private:
	int age;
public:
	Student() {}
	Student(int age) : age(age) {}
	void eat() {}
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
	Student* ps = nullptr;
	ps->eat();
	return 0;
}

二、当被调用的成员函数中,使用了this指针去读写当前实例的成员变量时,首先调用是成员函数是被成功调用的,代码的执行已经进入了成员函数的领空,但当代码执行到读写当前实例的成员变量里,就会报内存访问异常了。

最后发散思考

回想其中一句话:成员函数是属于类的,而不属于实例的,会不会引发你的思考,类的静态函数,也是属于类的, 那如果用类的空指针调用静态函数,又会发生什么事呢?上代码:

#include <iostream>
using namespace std;

class Student
{
private:
	int age;
public:
	Student() {}
	Student(int age) : age(age) {}
	static int classtime() {
		return 9;
	}
	void eat() {}
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
	Student* ps = nullptr;
	int time = ps->classtime();
	cout << time << endl;
	return 0;
}

经过实验就会发现这代码是可以成功运行的。其实原理上面都说了, 这里就不赘述了。主要的一点是类的静态函数绝对不会操作到某一实例的成员数据,所以这种调用是安全的。但在实际编程中, 这个方法应该不会被使用到吧(个人观点,用类名调用它不香吗,还有去写一个类指针再调用)

 

总结

面试的时候被问到了, 自己会, 但不能回答清晰也是罪,所以在这里总结一下!!

 

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