C++如何在内存中存储函数和对象？

Question

假设我们有一个类

class A
{
    int x;
public:
    void sayHi()
    {
        cout<<"Hi";
    }
};

int main()
{
    A *a=NULL;
    a->sayHi();
}

上述代码在Turbo C中编译（我已测试）并输出Hi。

我本来期望程序会崩溃，因为a是NULL。此外，如果我将sayHi()函数设为虚函数，它会提示：

Abnormal temination(Segmentation fault in gcc) 

我知道很多都依赖于具体的实现，但如果有人能够介绍一些具体实现或者提供一个概述，那真是太好了。

- user1709663

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通过空指针调用方法是未定义的行为。任何事情都可能发生 - 它不一定会崩溃，但标准允许它。 - Zyx 2000

不是C++专家，但我猜测：你的代码不需要访问任何A实例的内存。sayHi()没有使用字段x，也不是虚函数，因此不需要访问vtable来解析。实际上，C++编译器必须插入一个检查来查看a是否为有效指针才会导致错误。 - millimoose

顺便说一句，Turbo C 是一个古老的文物。你可以使用许多其他免费的开发环境。 - pm100

Answer 1

显然，代码存在未定义的行为，即您得到的任何结果都是偶然的。也就是说，在调用非虚成员函数时，系统不需要知道对象：它可以根据签名直接调用。此外，如果成员函数不需要访问成员，则根本不需要对象，只需运行即可。这就是当代码打印一些输出时所观察到的情况。然而，系统是否实现了这种情况并没有定义，也就是说，并没有什么可以保证它能正常工作。

在调用虚函数类型时，类型系统首先查看与对象关联的类型信息记录。在空指针上调用虚函数时，不存在这样的信息，尝试访问它可能导致某种崩溃。尽管如此，它并不一定会发生崩溃，但大多数系统都会这样做。

顺便说一下，main()总是返回int。

- Dietmar Kühl

Answer 2

在C++中，一个类的方法不会存储在该类的实例内部。它们只是一些“特殊”的函数，透明地接受程序员指定的参数以及this指针。

在你的情况下，sayHi()方法没有引用任何类字段，因此this指针（它是NULL）永远不会被使用。

但请不要误解，这仍然是未定义的行为。当你调用它时，你的程序可能会选择向你的联系人列表发送恶意电子邮件。在这种情况下，它做了最糟糕的事情，似乎可以正常工作。

虚方法的情况已经被添加到我回答问题的过程中，但我不会改变我的答案，因为其他人的答案已经包含了这一点。

- enobayram

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+1 是为了指出未定义行为“能用”是不好的。 - Zyx 2000

Answer 3

一般来说，从类实例化的对象的布局如下所示：

* - v_ptr  ---> *  pTypeInfo
|               |- pVirtualFuncA
|               |- pVirtualFuncB
|- MemberVariableA
|- MemberVariableB

v_ptr 是指向虚函数表的指针，其中包含对象的虚函数和 RTTI 数据的地址。没有虚函数的类没有虚函数表，相应的对象也没有 v_ptr。

在上面的示例中，class A 没有虚方法，因此没有虚函数表。这意味着调用 sayHi() 的实现可以在编译时确定并且是不变的。

编译器生成的代码将隐式的 this 指针设置为 a，然后跳转到 sayHi() 的开头。由于实现不需要对象的内容，所以当指针为 NULL 时它仍然可以正常工作，这是一个幸运的巧合。

如果你将 sayHi() 声明为虚函数，编译器无法在编译时确定要调用的实现，因此会生成查找函数地址并调用它的代码。在你的示例中，当 a 为 NULL 时，编译器读取地址 0 的内容，导致程序异常终止。

- marko

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类A没有虚方法这一事实并不重要。重要的是被调用的特定函数，比如sayHi，不是虚函数，并且不使用类对象的成员。因此，可以（并且已经）在不使用类对象指针的情况下调用此函数。 - Eric Postpischil

Answer 4

如果您调用一个类的非虚方法，对于编译器来说，只需要知道函数属于哪个类，并通过解引用指向该类的指针（即使是NULL指针）来调用该方法，编译器就能得到这些信息。 sayHi() 方法基本上只是一个以类实例指针作为隐藏参数的函数。这个指针是NULL，但如果您在方法中不引用任何属性，则无关紧要。

一旦将此方法设置为虚方法，情况就会发生变化。编译器不再知道与方法相关联的代码是什么，必须在运行时确定。它所做的是查看一个表，该表基本上包含所有虚方法的函数指针；这个表与类实例相关联，因此它查看相对于NULL指针的内存块，因此在这种情况下会崩溃。

- Petr Baudis