vftable[0] 存储的是第一个虚拟函数还是 RTTI 完整对象定位器？

Question

我们知道C++使用vftable来动态决定应该调用哪个虚函数。我想找出当我们调用虚函数时其背后的机制。我已将以下代码编译为程序集。

using namespace std;

class Animal {
    int age;
public:
    virtual void speak() {}
    virtual void wash() {}
};

class Cat : public Animal {
public:
    virtual void speak() {}
    virtual void wash() {}
};

void main()
{
    Animal* animal = new Cat;
    animal->speak();
    animal->wash();
}

汇编代码非常庞大。我不太明白以下部分。

CONST   SEGMENT
??_7Cat@@6B@ DD FLAT:??_R4Cat@@6B@          ; Cat::`vftable'
    DD  FLAT:?speak@Cat@@UAEXXZ
    DD  FLAT:?wash@Cat@@UAEXXZ
CONST   ENDS

这部分定义了Cat的vftable。但它有三个条目。第一个条目是 RTTI 完整对象定位器。第二个是 Cat::speak。第三个是 Cat::wash。所以我认为 vftable[0] 应该暗示 RTTI 完整对象定位器。但是当我检查main PROC和Cat::Cat PROC中的汇编代码时，to的调用animal->speak()是通过调用vftable[0]实现的，to的调用animal->wash()是通过调用vftable[4]实现的。为什么不是 vftable[4] 和 vftable[8]？

PROC main 和 Cat::Cat 的汇编代码如下所示。

_TEXT   SEGMENT
tv75 = -12                      ; size = 4
$T1 = -8                        ; size = 4
_animal$ = -4                       ; size = 4
_main   PROC

; 23   : {

    push    ebp
    mov ebp, esp
    sub esp, 12                 ; 0000000cH

; 24   :    Animal* animal = new Cat;

    push    8
    call    ??2@YAPAXI@Z                ; operator new
    add esp, 4
    mov DWORD PTR $T1[ebp], eax
    cmp DWORD PTR $T1[ebp], 0
    je  SHORT $LN3@main
    mov ecx, DWORD PTR $T1[ebp]
    call    ??0Cat@@QAE@XZ
    mov DWORD PTR tv75[ebp], eax
    jmp SHORT $LN4@main
$LN3@main:
    mov DWORD PTR tv75[ebp], 0
$LN4@main:
    mov eax, DWORD PTR tv75[ebp]
    mov DWORD PTR _animal$[ebp], eax

; 25   :    animal->speak();

    mov ecx, DWORD PTR _animal$[ebp]
    mov edx, DWORD PTR [ecx]
    mov ecx, DWORD PTR _animal$[ebp]
    mov eax, DWORD PTR [edx]
    call    eax

; 26   :    animal->wash();

    mov ecx, DWORD PTR _animal$[ebp]
    mov edx, DWORD PTR [ecx]
    mov ecx, DWORD PTR _animal$[ebp]
    mov eax, DWORD PTR [edx+4]
    call    eax

; 27   : }

    xor eax, eax
    mov esp, ebp
    pop ebp
    ret 0
_main   ENDP
_TEXT   ENDS

; Function compile flags: /Odtp
;   COMDAT ??0Cat@@QAE@XZ
_TEXT   SEGMENT
_this$ = -4                     ; size = 4
??0Cat@@QAE@XZ PROC                 ; Cat::Cat, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov ebp, esp
    push    ecx
    mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx
    mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp]
    call    ??0Animal@@QAE@XZ
    mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Cat@@6B@
    mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]
    mov esp, ebp
    pop ebp
    ret 0
??0Cat@@QAE@XZ ENDP                 ; Cat::Cat
_TEXT   ENDS

补充：MSVC编译器x86 19.00.23026

Answer 1

vtable 的布局取决于实现。在您的特定情况下，在编译示例代码时，Microsoft C++ 编译器会生成一个虚函数表，Cat其中speak虚拟函数位于偏移量 0 处，函数wash位于偏移量 4 处。RTTI 信息位于这些函数之前的偏移量 -4 处。

这里的问题是微软的汇编输出是撒谎的。生成的汇编代码将 RTTI 信息放置在偏移量 0 处，并将speak和wash函数放置在偏移量 4 和 8 处。然而，这并不是它在编译器生成的目标文件中的实际布局方式。反汇编目标文件揭示了这个布局：

                .new_section .rdata, "dr2"
0000    00 00 00 00                                     .long   ??_R4Cat@@6B@
0004                          ??_7Cat@@6B@:
0004    00 00 00 00                                     .long   ?speak@Cat@@UAEXXZ
0008    00 00 00 00                                     .long   ?wash@Cat@@UAEXXZ

不幸的是，Microsoft C/C++ 编译器的汇编输出仅供参考。它不是编译器生成的实际代码的准确完整的表示。特别是它无法可靠地组装到工作对象文件中。