深入探讨this指针

摘要:
对这一指针的深入讨论为撰写这篇文章做了很长时间的准备,并搜索了盒子底部的书籍。由于我们正在深入研究这个指针,我们建议那些刚刚开始学习的人应该有一定的编译和调试基础。第一个问题是,当这引入C与类时,C++中当时没有引用机制,因此只能是this指针而不是引用。以上是一个简单的讨论。我们将逐步讨论这个问题。至少现在我们可以确定这个指针不是常量常量指针。

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

// 定义stack

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');

}

上面的代码我们添�this概念,以C代码形式显示(你能够理解编译C++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++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selfsmalltalk)?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

     mutableint iData2;// mutable变量

int Fun1(){return ++iData;};// 普通函数

     int Fun2() const {return ++iData;};// const的函数

};

上面的函数能够正确运行。

上面函数,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mutableint 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mutablepublicprivateprotected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

 

staticint iTest = 1;

class A

{

public:

     int iData;// 简单期间我们定义为int

     mutableint iData2;// mutable变量

     int Fun1()

     {

         int iTemp = 4;

         return ++iData;

     };// 普通函数

     int Fun2()const {return iData;};// const的函数

};

 

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

     A a;

staticint iTest1 = 2;

     a.Fun1();

staticint 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

    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

 深入探讨this指针第1张

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 "_"

>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&this0x0012fdf0)的地址比&iTest0x0044afa0)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 ab;那么ab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。以上測试是在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

 

    Release状态下&thisthis*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 "_"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debugRelease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thisregister。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

1Auto:staticconst类型变量,比方局部变量,int ichar c等。都是auto int iauto char c

2static:静态变量,static int istatic char c

3const:常量变量,值不可改动。Const int istatic char c

4register:内存变量,编译器把此值直接放入寄存器。Register int iregister 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添�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添�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(intchar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(199710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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