如何在 C++ 中实现非静态、非虚方法？
How are non-static, non-virtual methods implemented in C++?
我想知道 C++ 中的方法是如何实现的。我想知道方法是如何“在幕后”实施的。
所以，我制作了一个简单的 C++ 程序，它有一个 class，带有 1 个非静态字段和 1 个非静态、非虚拟方法。
然后我在主函数中实例化了class并调用了方法。我使用了 objdump -d 选项来查看该程序的 CPU 指令。我有一个 x86-64 处理器。
这是代码：
#include<stdio.h>
class TestClass {
public:
int x;
int xPlus2(){
return x + 2;
}
};
int main(){
TestClass tc1 = {5};
int variable = tc1.xPlus2();
printf("%d \n", variable);
return 0;
}
这里是方法的说明 xPlus2:
0000000000402c30 <_ZN9TestClass6xPlus2Ev>:
402c30: 55 push %rbp
402c31: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
402c34: 48 89 4d 10 mov %rcx,0x10(%rbp)
402c38: 48 8b 45 10 mov 0x10(%rbp),%rax
402c3c: 8b 00 mov (%rax),%eax
402c3e: 83 c0 02 add [=11=]x2,%eax
402c41: 5d pop %rbp
402c42: c3 retq
402c43: 90 nop
402c44: 90 nop
402c45: 90 nop
402c46: 90 nop
402c47: 90 nop
402c48: 90 nop
402c49: 90 nop
402c4a: 90 nop
402c4b: 90 nop
402c4c: 90 nop
402c4d: 90 nop
402c4e: 90 nop
402c4f: 90 nop
如果我没理解错的话，这些指令可以只用3条指令代替，因为我相信我不需要使用堆栈，我认为编译器使用它是多余的：
mov (%rcx), eax
add , eax
retq
然后也许我仍然需要大量的 nop 指令用于同步目的或诸如此类的目的。如果您查看 CPU 指令，看起来 x 字段 的值存储在内存中 rcx 寄存器 的位置] 成立。稍后您将看到其余的 CPU 说明。跟踪这里发生的事情对我来说有点困难（尤其是 _main 函数的调用发生了什么），我什至不知道汇编的哪些部分是重要的。编译器生成了 main 函数（如我所料），但随后它也生成了从 main 调用的 _main 函数，这两者之间也有一些奇怪的函数。
以下是我认为可能有趣的程序集的其他部分：
0000000000401550 <main>:
401550: 55 push %rbp
401551: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
401554: 48 83 ec 30 sub [=13=]x30,%rsp
401558: e8 e3 00 00 00 callq 401640 <__main>
40155d: c7 45 f8 05 00 00 00 movl [=13=]x5,-0x8(%rbp)
401564: 48 8d 45 f8 lea -0x8(%rbp),%rax
401568: 48 89 c1 mov %rax,%rcx
40156b: e8 c0 16 00 00 callq 402c30 <_ZN9TestClass6xPlus2Ev>
401570: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp)
401573: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax
401576: 89 c2 mov %eax,%edx
401578: 48 8d 0d 81 2a 00 00 lea 0x2a81(%rip),%rcx # 404000 <.rdata>
40157f: e8 ec 14 00 00 callq 402a70 <printf>
401584: b8 00 00 00 00 mov [=13=]x0,%eax
401589: 48 83 c4 30 add [=13=]x30,%rsp
40158d: 5d pop %rbp
40158e: c3 retq
40158f: 90 nop
0000000000401590 <__do_global_dtors>:
401590: 48 83 ec 28 sub [=13=]x28,%rsp
401594: 48 8b 05 75 1a 00 00 mov 0x1a75(%rip),%rax # 403010 <p.93846>
40159b: 48 8b 00 mov (%rax),%rax
40159e: 48 85 c0 test %rax,%rax
4015a1: 74 1d je 4015c0 <__do_global_dtors+0x30>
4015a3: ff d0 callq *%rax
4015a5: 48 8b 05 64 1a 00 00 mov 0x1a64(%rip),%rax # 403010 <p.93846>
4015ac: 48 8d 50 08 lea 0x8(%rax),%rdx
4015b0: 48 8b 40 08 mov 0x8(%rax),%rax
4015b4: 48 89 15 55 1a 00 00 mov %rdx,0x1a55(%rip) # 403010 <p.93846>
4015bb: 48 85 c0 test %rax,%rax
4015be: 75 e3 jne 4015a3 <__do_global_dtors+0x13>
4015c0: 48 83 c4 28 add [=13=]x28,%rsp
4015c4: c3 retq
4015c5: 90 nop
4015c6: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)
4015cd: 00 00 00
00000000004015d0 <__do_global_ctors>:
4015d0: 56 push %rsi
4015d1: 53 push %rbx
4015d2: 48 83 ec 28 sub [=13=]x28,%rsp
4015d6: 48 8b 0d 23 2d 00 00 mov 0x2d23(%rip),%rcx # 404300 <.refptr.__CTOR_LIST__>
4015dd: 48 8b 11 mov (%rcx),%rdx
4015e0: 83 fa ff cmp [=13=]xffffffff,%edx
4015e3: 89 d0 mov %edx,%eax
4015e5: 74 39 je 401620 <__do_global_ctors+0x50>
4015e7: 85 c0 test %eax,%eax
4015e9: 74 20 je 40160b <__do_global_ctors+0x3b>
4015eb: 89 c2 mov %eax,%edx
4015ed: 83 e8 01 sub [=13=]x1,%eax
4015f0: 48 8d 1c d1 lea (%rcx,%rdx,8),%rbx
4015f4: 48 29 c2 sub %rax,%rdx
4015f7: 48 8d 74 d1 f8 lea -0x8(%rcx,%rdx,8),%rsi
4015fc: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax)
401600: ff 13 callq *(%rbx)
401602: 48 83 eb 08 sub [=13=]x8,%rbx
401606: 48 39 f3 cmp %rsi,%rbx
401609: 75 f5 jne 401600 <__do_global_ctors+0x30>
40160b: 48 8d 0d 7e ff ff ff lea -0x82(%rip),%rcx # 401590 <__do_global_dtors>
401612: 48 83 c4 28 add [=13=]x28,%rsp
401616: 5b pop %rbx
401617: 5e pop %rsi
401618: e9 f3 fe ff ff jmpq 401510 <atexit>
40161d: 0f 1f 00 nopl (%rax)
401620: 31 c0 xor %eax,%eax
401622: eb 02 jmp 401626 <__do_global_ctors+0x56>
401624: 89 d0 mov %edx,%eax
401626: 44 8d 40 01 lea 0x1(%rax),%r8d
40162a: 4a 83 3c c1 00 cmpq [=13=]x0,(%rcx,%r8,8)
40162f: 4c 89 c2 mov %r8,%rdx
401632: 75 f0 jne 401624 <__do_global_ctors+0x54>
401634: eb b1 jmp 4015e7 <__do_global_ctors+0x17>
401636: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)
40163d: 00 00 00
0000000000401640 <__main>:
401640: 8b 05 ea 59 00 00 mov 0x59ea(%rip),%eax # 407030 <initialized>
401646: 85 c0 test %eax,%eax
401648: 74 06 je 401650 <__main+0x10>
40164a: c3 retq
40164b: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)
401650: c7 05 d6 59 00 00 01 movl [=13=]x1,0x59d6(%rip) # 407030 <initialized>
401657: 00 00 00
40165a: e9 71 ff ff ff jmpq 4015d0 <__do_global_ctors>
40165f: 90 nop
我想你要找的是这些说明：
40155d: c7 45 f8 05 00 00 00 movl [=10=]x5,-0x8(%rbp)
401564: 48 8d 45 f8 lea -0x8(%rbp),%rax
401568: 48 89 c1 mov %rax,%rcx
40156b: e8 c0 16 00 00 callq 402c30 <_ZN9TestClass6xPlus2Ev>
401570: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp)
这些与 main 中的代码匹配：
TestClass tc1 = {5};
int variable = tc1.xPlus2();
- 在地址
40155d 处，字段 tc1.x 初始化为值 5。
- 在地址
401564 处，指向 tc1 的指针被加载到寄存器 %rax
- 地址
401568 指向 tc1 的指针被复制到寄存器 %rcx
- 地址
40156b是方法tc1.xPlus2() 的调用
- 地址
401570 结果存储在 variable
您的观察大部分是正确的。 rcx 持有指向调用该方法的对象的 this 指针。 x 存储在 this 指针指向的第一个内存区域，因此这就是 rcx 被取消引用并将结果添加到的原因。调用者有责任在调用函数之前确保 rcx 是对象的地址。我们可以看到 main 通过将其设置为堆栈帧中的地址来准备 rcx。你是对的，编译器在这里产生了低效的代码并且不需要使用堆栈。使用更高的优化级别 -O1、-O2 或 -O3 进行编译可能会解决该问题。这些更高的优化也可能会摆脱 nops，因为它们用于函数对齐。您几乎可以忽略 __main。用于libc初始化。
我想知道 C++ 中的方法是如何实现的。我想知道方法是如何“在幕后”实施的。 所以，我制作了一个简单的 C++ 程序，它有一个 class，带有 1 个非静态字段和 1 个非静态、非虚拟方法。
然后我在主函数中实例化了class并调用了方法。我使用了 objdump -d 选项来查看该程序的 CPU 指令。我有一个 x86-64 处理器。
这是代码：
#include<stdio.h>
class TestClass {
public:
int x;
int xPlus2(){
return x + 2;
}
};
int main(){
TestClass tc1 = {5};
int variable = tc1.xPlus2();
printf("%d \n", variable);
return 0;
}
这里是方法的说明 xPlus2:
0000000000402c30 <_ZN9TestClass6xPlus2Ev>:
402c30: 55 push %rbp
402c31: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
402c34: 48 89 4d 10 mov %rcx,0x10(%rbp)
402c38: 48 8b 45 10 mov 0x10(%rbp),%rax
402c3c: 8b 00 mov (%rax),%eax
402c3e: 83 c0 02 add [=11=]x2,%eax
402c41: 5d pop %rbp
402c42: c3 retq
402c43: 90 nop
402c44: 90 nop
402c45: 90 nop
402c46: 90 nop
402c47: 90 nop
402c48: 90 nop
402c49: 90 nop
402c4a: 90 nop
402c4b: 90 nop
402c4c: 90 nop
402c4d: 90 nop
402c4e: 90 nop
402c4f: 90 nop
如果我没理解错的话，这些指令可以只用3条指令代替，因为我相信我不需要使用堆栈，我认为编译器使用它是多余的：
mov (%rcx), eax
add , eax
retq
然后也许我仍然需要大量的 nop 指令用于同步目的或诸如此类的目的。如果您查看 CPU 指令，看起来 x 字段 的值存储在内存中 rcx 寄存器 的位置] 成立。稍后您将看到其余的 CPU 说明。跟踪这里发生的事情对我来说有点困难（尤其是 _main 函数的调用发生了什么），我什至不知道汇编的哪些部分是重要的。编译器生成了 main 函数（如我所料），但随后它也生成了从 main 调用的 _main 函数，这两者之间也有一些奇怪的函数。
以下是我认为可能有趣的程序集的其他部分：
0000000000401550 <main>:
401550: 55 push %rbp
401551: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
401554: 48 83 ec 30 sub [=13=]x30,%rsp
401558: e8 e3 00 00 00 callq 401640 <__main>
40155d: c7 45 f8 05 00 00 00 movl [=13=]x5,-0x8(%rbp)
401564: 48 8d 45 f8 lea -0x8(%rbp),%rax
401568: 48 89 c1 mov %rax,%rcx
40156b: e8 c0 16 00 00 callq 402c30 <_ZN9TestClass6xPlus2Ev>
401570: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp)
401573: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax
401576: 89 c2 mov %eax,%edx
401578: 48 8d 0d 81 2a 00 00 lea 0x2a81(%rip),%rcx # 404000 <.rdata>
40157f: e8 ec 14 00 00 callq 402a70 <printf>
401584: b8 00 00 00 00 mov [=13=]x0,%eax
401589: 48 83 c4 30 add [=13=]x30,%rsp
40158d: 5d pop %rbp
40158e: c3 retq
40158f: 90 nop
0000000000401590 <__do_global_dtors>:
401590: 48 83 ec 28 sub [=13=]x28,%rsp
401594: 48 8b 05 75 1a 00 00 mov 0x1a75(%rip),%rax # 403010 <p.93846>
40159b: 48 8b 00 mov (%rax),%rax
40159e: 48 85 c0 test %rax,%rax
4015a1: 74 1d je 4015c0 <__do_global_dtors+0x30>
4015a3: ff d0 callq *%rax
4015a5: 48 8b 05 64 1a 00 00 mov 0x1a64(%rip),%rax # 403010 <p.93846>
4015ac: 48 8d 50 08 lea 0x8(%rax),%rdx
4015b0: 48 8b 40 08 mov 0x8(%rax),%rax
4015b4: 48 89 15 55 1a 00 00 mov %rdx,0x1a55(%rip) # 403010 <p.93846>
4015bb: 48 85 c0 test %rax,%rax
4015be: 75 e3 jne 4015a3 <__do_global_dtors+0x13>
4015c0: 48 83 c4 28 add [=13=]x28,%rsp
4015c4: c3 retq
4015c5: 90 nop
4015c6: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)
4015cd: 00 00 00
00000000004015d0 <__do_global_ctors>:
4015d0: 56 push %rsi
4015d1: 53 push %rbx
4015d2: 48 83 ec 28 sub [=13=]x28,%rsp
4015d6: 48 8b 0d 23 2d 00 00 mov 0x2d23(%rip),%rcx # 404300 <.refptr.__CTOR_LIST__>
4015dd: 48 8b 11 mov (%rcx),%rdx
4015e0: 83 fa ff cmp [=13=]xffffffff,%edx
4015e3: 89 d0 mov %edx,%eax
4015e5: 74 39 je 401620 <__do_global_ctors+0x50>
4015e7: 85 c0 test %eax,%eax
4015e9: 74 20 je 40160b <__do_global_ctors+0x3b>
4015eb: 89 c2 mov %eax,%edx
4015ed: 83 e8 01 sub [=13=]x1,%eax
4015f0: 48 8d 1c d1 lea (%rcx,%rdx,8),%rbx
4015f4: 48 29 c2 sub %rax,%rdx
4015f7: 48 8d 74 d1 f8 lea -0x8(%rcx,%rdx,8),%rsi
4015fc: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax)
401600: ff 13 callq *(%rbx)
401602: 48 83 eb 08 sub [=13=]x8,%rbx
401606: 48 39 f3 cmp %rsi,%rbx
401609: 75 f5 jne 401600 <__do_global_ctors+0x30>
40160b: 48 8d 0d 7e ff ff ff lea -0x82(%rip),%rcx # 401590 <__do_global_dtors>
401612: 48 83 c4 28 add [=13=]x28,%rsp
401616: 5b pop %rbx
401617: 5e pop %rsi
401618: e9 f3 fe ff ff jmpq 401510 <atexit>
40161d: 0f 1f 00 nopl (%rax)
401620: 31 c0 xor %eax,%eax
401622: eb 02 jmp 401626 <__do_global_ctors+0x56>
401624: 89 d0 mov %edx,%eax
401626: 44 8d 40 01 lea 0x1(%rax),%r8d
40162a: 4a 83 3c c1 00 cmpq [=13=]x0,(%rcx,%r8,8)
40162f: 4c 89 c2 mov %r8,%rdx
401632: 75 f0 jne 401624 <__do_global_ctors+0x54>
401634: eb b1 jmp 4015e7 <__do_global_ctors+0x17>
401636: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)
40163d: 00 00 00
0000000000401640 <__main>:
401640: 8b 05 ea 59 00 00 mov 0x59ea(%rip),%eax # 407030 <initialized>
401646: 85 c0 test %eax,%eax
401648: 74 06 je 401650 <__main+0x10>
40164a: c3 retq
40164b: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)
401650: c7 05 d6 59 00 00 01 movl [=13=]x1,0x59d6(%rip) # 407030 <initialized>
401657: 00 00 00
40165a: e9 71 ff ff ff jmpq 4015d0 <__do_global_ctors>
40165f: 90 nop
我想你要找的是这些说明：
40155d: c7 45 f8 05 00 00 00 movl [=10=]x5,-0x8(%rbp)
401564: 48 8d 45 f8 lea -0x8(%rbp),%rax
401568: 48 89 c1 mov %rax,%rcx
40156b: e8 c0 16 00 00 callq 402c30 <_ZN9TestClass6xPlus2Ev>
401570: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp)
这些与 main 中的代码匹配：
TestClass tc1 = {5};
int variable = tc1.xPlus2();
- 在地址
40155d处，字段tc1.x初始化为值 5。 - 在地址
401564处，指向tc1的指针被加载到寄存器 %rax - 地址
401568指向tc1的指针被复制到寄存器 %rcx - 地址
40156b是方法tc1.xPlus2()的调用
- 地址
401570结果存储在variable
您的观察大部分是正确的。 rcx 持有指向调用该方法的对象的 this 指针。 x 存储在 this 指针指向的第一个内存区域，因此这就是 rcx 被取消引用并将结果添加到的原因。调用者有责任在调用函数之前确保 rcx 是对象的地址。我们可以看到 main 通过将其设置为堆栈帧中的地址来准备 rcx。你是对的，编译器在这里产生了低效的代码并且不需要使用堆栈。使用更高的优化级别 -O1、-O2 或 -O3 进行编译可能会解决该问题。这些更高的优化也可能会摆脱 nops，因为它们用于函数对齐。您几乎可以忽略 __main。用于libc初始化。