直接調用類成員函數(shù)地址

作者：南風

下載源代碼

摘要：介紹了如何取成員函數(shù)的地址以及調用該地址.

關鍵字：C++成員函數(shù) this指針 調用約定

一、成員函數(shù)指針的用法

　　在C++中，成員函數(shù)的指針是個比較特殊的東西。對普通的函數(shù)指針來說，可以視為一個地址,在需要的時候可以任意轉換并直接調用。但對成員函數(shù)來說，常規(guī)類型轉換是通不過編譯的，調用的時候也必須采用特殊的語法。C++專門為成員指針準備了三個運算符: "::*"用于指針的聲明，而"->*"和".*"用來調用指針指向的函數(shù)。比如:

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

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


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

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

    tt *b = new tt;
    (b->*ptr)(6);  //調用成員函數(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

　　當然，引用某位大師的話:"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。這個問題，解決辦法已經存在了多年，并且廣為使用（在MFC中就使用了）。一般有兩個方法，一是使用內嵌的匯編語言直接取函數(shù)地址，二是使用union類型來逃避C++的類型轉換檢測。兩種方法都是利用了某種機制逃避C++的類型轉換檢測，為什么C++編譯器干脆不直接放開這個限制，一切讓程序員自己作主呢？當然是有原因的，因為類成員函數(shù)和普通函數(shù)還是有區(qū)別的，允許轉換后，很容易出錯，這個在后面會有詳細的說明。現(xiàn)在先看看取類成員函數(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                           };                                          }

　　通過上面兩個方法，我們可以取到成員函數(shù)的地址。不過，如果不能通過地址來調用成員函數(shù)的話，那也還是沒有任何用處。當然，這是可行的。不過在這之前，需要了解關于成員函數(shù)的一些知識。
　　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)包含一個隱藏的參數(shù)this指針，用來表明成員函數(shù)當前作用在那一個對象實例上。根據調用約定（Calling Convention）的不同，成員函數(shù)實現(xiàn)this指針的方式也不同。如果使用__thiscall調用約定，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調用約定，this指針將通過棧進行傳遞，且this指針是最后一個被壓入棧的參數(shù)，相當于編譯器在函數(shù)的參數(shù)列表中最左邊增加了一個this參數(shù)。
　　 這里還有件事不得不提，雖然vc將__thiscall類型作為成員函數(shù)的默認類型，但是vc6卻沒有定義__thiscall關鍵字!如果你使用__thiscall來定義一個函數(shù)，編譯器報錯：'__thiscall' keyword reserved for future use。

知道這些就好辦了，我們只要根據不同的調用約定，準備好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__thiscall類型的成員函數(shù)(注意，這個是VC的默認類型)，我們在調用之前加一句: mov ecx, this; 然后就可以調用成員函數(shù)指針。例如:

class tt 
{
 public:

    void foo(int x,char c,char *s)//沒有指定類型,默認是__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);//定義對應的非成員函數(shù)指針類型,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)地址轉化為普通函數(shù)的指針. 

    __asm //準備this指針.
    {
        mov ecx, This;
    }

    fnFooPtr(5,'a',"7xyz"); //象普通函數(shù)一樣調用成員函數(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)地址轉化為普通函數(shù)的指針. 

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

//調用類成員函數(shù)
//callflag:成員函數(shù)調用約定類型,0--thiscall,非0--其它類型.
//funcaddr:成員函數(shù)地址.
//This:類對象的地址.
//count:成員函數(shù)參數(shù)個數(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)個數(shù),ecx,循環(huán)計數(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默認的成員函數(shù)調用類型.
	{
		__asm mov ecx,This;
	}
	else//__stdcall
	{
		__asm push This;
	}

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

	return re;
}

四、進一步的討論

　　到目前為止，已經討論了如何取成員函數(shù)的地址，然后如何使用這個地址。但是還有些重要的情況沒有討論，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中沒有定義函數(shù)foo1，它的foo1函數(shù)是從tt1中繼承過來的。這種情況下，我們直接取tt2::foo1的地址行會發(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

　　運行結果表明，一切正常！當我們寫下tt2::foo1的時候，編譯器知道那實際上是tt1::foo1，因此它會暗中作替換。編譯器(VC6)產生的代碼如下:

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

//VC6編譯器產生的匯編代碼:

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++語法，如果通過指針調用foo3，應該發(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

　　請注意第二行輸出，tt2_foo3取的是&tt2::foo3，但由于傳遞的this指針產生是&x，所以實際上調用了tt1::foo3。同樣，第三行輸出，取的是基類的函數(shù)地址，但由于實際對象是派生類，最后調用了派生類的函數(shù)。 這說明取得的成員函數(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的，一定會覺得奇怪。取函數(shù)地址的時候就得到了一個整數(shù)(成員函數(shù)地址)，為何調用的時候卻進了不同的函數(shù)? 只要看看匯編代碼就都清楚了，"源碼之前，了無秘密"。源代碼: GetMemberFuncAddr_VC6(tt1_foo3,&tt1::foo3); 產生的匯編代碼如下:

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

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

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

該地址只是ILT的一個項,直接跳轉到真正的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類型,并將指向的內容(對象的首個dword)放入eax.
00401382 jmp dword ptr [eax] ;//跳轉到eax所指向的地址.

　　代碼執(zhí)行的時候,ecx就是this指針,具體說就是上面對象x或y的地址。而eax就是對象x或y的第一個dword的值。我們知道，對于有虛擬函數(shù)的類對象，其對象的首地址處總是一個指針，該指針指向一個虛函數(shù)的地址表。上面的對象由于只有一個虛函數(shù)，所以虛函數(shù)表也只有一項。因此，直接跳轉到eax指向的地址就好。如果有多個虛函數(shù)，則eax還要加上一個偏移量，以定位到不同的虛函數(shù)。比如，如果有兩個虛函數(shù)，則會有兩個vcall代碼，分別對應不同的虛函數(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]

編譯器根據取的是哪個虛函數(shù)的地址，則相應的用對應的vcall地址代替。

　　 總結一下：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，是因為編譯器實際上傳遞了對應的vcall地址。而vcall代碼會根據上下文this指針定位到對應的虛函數(shù)表，進而調用正確的虛函數(shù)。
　　最后，我們看一下多繼承情況。很明顯，現(xiàn)在情況要復雜得多。如果實際試一下，會碰到很多困難。首先，指定成員函數(shù)的時候可能會碰到沖突。其次，給定this指針的時候需要經過調整。另外，對虛擬繼承可能還要特別處理。解決所有這些問題已經超出了這篇文章的范圍，并且我想要的成員函數(shù)指針是一個真正的指針，而在多繼承的情況下，很多時候成員函數(shù)指針已經變成了一個結構體(見參考文獻)，這時要正確調用該指針就變得格外困難。因此結論是，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用成員函數(shù)地址，必須手工處理各種調整，沒有簡單的統(tǒng)一方法。