几秒读懂C++虚函数调用的汇编代码实现

Posted 2021-11-25 IT老张

       多态是C++中最重要的特性之一，对虚函数的调用在C++代码中是随处可见的。虚函数（代码段地址）被存放在虚函数表中，调用虚函数的流程是这样子的：先获取虚函数表的首地址，然后根据目标虚函数在虚函数表的位置（offset偏移）取出虚函数表中的虚函数地址，最后去call这个虚函数（地址），就完成虚函数的调用。这个虚函数调用的流程在汇编代码中可以最直观的反映出来。

       在排查软件异常或崩溃时，我们时常要借助汇编代码的上下文去辅助分析问题。读懂C++虚函数调用的汇编代码实现，对于搞懂汇编代码的上下文时很有好处的。今天我们就来看看虚函数调用的汇编代码实现。

       比如如下的C++代码：

// 1、虚接口类中定义了纯虚接口
class IContactInterface
{
    //...

    virtual BOOL IsLoadFinish() == 0;  // 虚接口

    //...
}


// 2、子类中实现虚接口
class Contact : public IContactInterface
{
    //...

    BOOL IsLoadFinish(); 

    //...
}


// 3、new出子类的对象，存放到父类的指针变量中
IContactInterface* g_pContactPtr = new Contact;


// 4、获取子类对象的接口实现
IContactInterface* GetContactPtr()
{
    return g_pContactPtr；
} 


// 5、调用GetContactPtr获取子类的对象去调用虚函数IsLoadFinish
GetContactPtr()->IsLoadFinish();

上述C++代码片中，主要包含了以下几点：

1）定义了虚接口类IContactInterface，在类中有个IsLoadFinish虚函数；

2）定义了一个子类Contact，继承于IContactInterface接口类，并实现了虚函数IsLoadFinish；

3）new出一个Contact类的对象，赋值给父类IContactInterface的指针变量；

4）调用GetContactPtr接口获取IContactInterface指针变量，调用虚函数IsLoadFinish。

其中，GetContactPtr()->IsLoadFinish()这句虚函数调用的汇编代码如下所示：

.text:005103EB                 call    ds:__imp__GetContactPtr
.text:005103F1                 mov     [ebp+var_2AF4], eax
.text:005103F7                 mov     ecx, [ebp+var_2AF4]
.text:005103FD                 mov     edx, [ecx]
.text:005103FF                 mov     ecx, [ebp+var_2AF4]
.text:00510405                 mov     eax, [edx+78h]
.text:00510408                 call    eax

现在我们就来详细解读一下这段实现虚函数调用的汇编代码。

1、汇编代码段1：

.text:005103EB                 call    ds:__imp__GetContactPtr
.text:005103F1                 mov     [ebp+var_2AF4], eax
.text:005103F7                 mov     ecx, [ebp+var_2AF4]

         调用GetContactPtr接口，返回IContactInterface*指针，其中存放的是子类Contact对象。GetContactPtr接口返回的IContactInterface*指针中的值，放到eax寄存器中。

在C++的汇编代码中，调用函数的返回值是放到eax寄存器中的。

       所以eax中存放的是子类Contact对象的地址。然后将eax中存放的子类Contact对象的地址，放到函数栈内存[ebp+var_2AF4]中。然后又将子类Contact对象的地址放到ecx寄存器中。

2、汇编代码段2：

.text:005103FD                 mov     edx, [ecx]

       代码运行至此，此时ecx中存放的就是子类Contact对象的地址。该句汇编代码是以ecx中的值作为内存地址，取出该地址中的值放到edx寄存器中。

       在C++中，C++类中如果有虚函数，则类中会掩藏一个虚函数指针成员变量，是排放在C++类所有数据成员的首位，所以C++对象的地址，就是虚函数表指针变量的内存首地址（是指针变量的地址，不是指针变量中的值），所以此处的[ecx]操作，是取出虚函数表指针变量中存放的内容，即虚函数表的首地址。所以edx寄存器中存放的是Contact对象中的虚函数表的首地址。

C++类中如果有虚函数，则该类中会掩藏一个用来存放虚函数表地址的虚函数表指针变量，该虚函数表指针变量放置在该C++对象所有数据成员的首位，所以C++对象的地址就是其虚函数指针变量的内存首地址。

3、汇编代码段3：

.text:005103FF                 mov     ecx, [ebp+var_2AF4]

       回到整段汇编代码最开始的地方，[ebp+var_2AF4]中存放的是子类Contact对象的地址。因为下面要调用Contact类对象的虚函数，调用时要将Contact类对象的地址传给被调用的函数，即this指针。C++汇编代码中，是通过ecx寄存器将类对象的地址传给被调用函数，所以此句代码是为下面调用类Contact的虚函数IsLoadFinish做准备的。

在调用C++类的函数时，是通过ecx寄存器传递C++类对象的地址的，即this指针的存放的C++对象的地址。

4、汇编代码段4：

.text:00510405                 mov     eax, [edx+78h]
.text:00510408                 call    eax

       接着上面，当前edx寄存器中存放的值是虚函数表的首地址（虚函数表指针中存放的值），78h是目标虚函数IsLoadFinish在虚函数中的偏移，所以对edx+78h地址取址，是读出虚函数表该位置存放的就是目标虚函数IsLoadFinish的地址（代码段地址），所以执行这行代码后，eax寄存器中存放的就是目标虚函数IsLoadFinish的地址，然后call eax就是调用虚函数IsLoadFinish了。

在C++中，函数名称其实就是该函数在代码段的首地址，去call这个首地址，就是去调用这个虚函数了。要注意区分数据段地址和代码段的地址。