C++对象布局及多态之虚成员函数调用

在构造函数中调用虚成员函数，虽然这是个不很常用的技术，但研究一下可以加深对虚函数机制及对象构造过程的理解。这个问题也和一般直观上的认识有所差异。先看看下面的两个类定义。

struct C180

{

　C180() {

foo();

this->foo();

　}

　virtual foo() {

cout << "<< C180.foo this: " << this << " vtadr: " << *(void**)this << endl;

　}

};

struct C190 : public C180

{

　C190() {}

　virtual foo() {

cout << "<< C190.foo this: " << this << " vtadr: " << *(void**)this << endl;

　}

};

父类中有一个虚函数，并且父类在它的构造函数中调用了这个虚函数，调用时它采用了两种方法一种是直接调用，一种是通过this指针调用。同时子类又重写了这个虚函数。

我们可以来预测一下如果构造一个C190的对象会发生什么情况。

我们知道，在构造一个对象时，首先会按对象的大小得到一块内存(在heap上或在stack上)，然后会把指向这块内存的指针做为this指针来调用类的构造函数，对这块内存进行初始化。如果对象有父类就会先调用父类的构造函数(并依次递归)，如果有多个父类(多重继承)会依次对父类的构造函数进行调用，并会适当的调整this指针的位置。在调用完所有的父类的构造函数后，再执行自己的代码。

照上面的分析构造C190时也会调用C180的构造函数，这时在C180构造函数中的第一个foo调用为静态绑定，会调用到C180::foo()函数。第二个foo调用是通过指针调用的，这时多态行为会发生，应该调用的是C190::foo()函数。执行如下代码：

C190 obj;

obj.foo();

结果为：

<< C180.foo this: 0012F7A4 vtadr: 0045C404

<< C180.foo this: 0012F7A4 vtadr: 0045C404

<< C190.foo this: 0012F7A4 vtadr: 0045C400

和我们的分析大相径庭。前2行是构造C190时的输出，后1行是我们用静态绑定方式调用的C190::foo()函数。第2行的输出说明多态行为并没有象预期的那样发生。而且比较输出的最后一列，发现在调用C180的构造函数时对象对应的虚表和构造后对象对应的虚表不是同一个。其实这正是奥秘的所在。

为此我查了一下C++标准规范。在12.7.3条中有明确的规定。这是一种特例，在这种情况下，即在构造子类时调用父类的构造函数，而父类的构造函数中又调用了虚成员函数，这个虚成员函数即使被子类重写，也不允许发生多态的行为。即，这时必须要调用父类的虚函数，而不子类重写后的虚函数。

我想这样做的原因是因为在调用父类的构造函数时，对象中属于子类部分的成员变量是肯定还没有初始化的，因为子类构造函数中的代码还没有被执行。如果这时允许多态的行为，即通过父类的构造函数调用到了子类的虚函数，而这个虚函数要访问属于子类的数据成员时就有可能出错。

我们看看VC7.1生成的汇编代码就可以很容易的理解这个行为了。

这是C190的构造函数：

01 00426FE0 push ebp

02 00426FE1 mov ebp,esp

03 00426FE3 sub esp,0CCh

04 00426FE9 push ebx

05 00426FEA push esi

06 00426FEB push edi

07 00426FEC push ecx

08 00426FED lea edi,[ebp+FFFFFF34h]

09 00426FF3 mov ecx,33h

10 00426FF8 mov eax,0CCCCCCCCh

11 00426FFD rep stos dword ptr [edi]

12 00426FFF pop ecx

13 00427000 mov dword ptr [ebp-8],ecx

14 00427003 mov ecx,dword ptr [ebp-8]

15 00427006 call 0041D451

16 0042700B mov eax,dword ptr [ebp-8]

17 0042700E mov dword ptr [eax],45C400h

18 00427014 mov eax,dword ptr [ebp-8]

19 00427017 pop edi

20 00427018 pop esi

21 00427019 pop ebx

22 0042701A add esp,0CCh

23 00427020 cmp ebp,esp

24 00427022 call 0041DDF2

25 00427027 mov esp,ebp

26 00427029 pop ebp

27 0042702A ret