C++调用对象的(虚)方法完全错误

Question

我有一些C++代码（由他人编写），似乎调用了错误的函数。以下是情况：

UTF8InputStreamFromBuffer* cstream = foo();
wstring fn = L"foo";
DocumentReader* reader;

if (a_condition_true_for_some_files_false_for_others) {
    reader = (DocumentReader*) _new GoodDocumentReader();
} else {
    reader = (DocumentReader*) _new BadDocumentReader();
}

// the crash happens inside the following call
// when a BadDocumentReader is used
doc = reader->readDocument(*cstream, fn);

满足条件的文件能够正常处理，不满足条件的文件会导致程序崩溃。DocumentReader 的类层次结构如下所示：

class GenericDocumentReader {
    virtual Document* readDocument(InputStream &strm, const wchar_t * filename) = 0;
}

class DocumentReader : public GenericDocumentReader {
    virtual Document* readDocument(InputStream &strm, const wchar_t * filename) {
        // some stuff
    }
};

class GoodDocumentReader : public DocumentReader {
    Document* readDocument(InputStream & strm, const wchar_t * filename);
}

class BadDocumentReader : public DocumentReader {
    virtual Document* readDocument(InputStream &stream, const wchar_t * filename);
    virtual Document* readDocument(const LocatedString *source, const wchar_t * filename);
    virtual Document* readDocument(const LocatedString *source, const wchar_t * filename, Symbol inputType);
}

以下内容也与此相关：

class UTF8InputStreamFromBuffer : public wistringstream {
    // foo
};
typedef std::basic_istream<wchar_t> InputStream;

在Visual C++调试器中运行时，它显示对BadDocumentReader的readDocument调用不是有效的。

readDocument(InputStream&, const wchar_t*)

但是更确切地说

readDocument(const LocatedString* source, const wchar_t *, Symbol)

这一点通过在所有readDocuments中插入cout语句来确认。 在调用后，源参数当然充满了垃圾，这很快导致崩溃。 LocatedString确实有一个从InputStream隐式构造函数的单参数，但使用cout检查表明它没有被调用。 有什么想法可以解释这个问题吗？编辑：其他可能相关的细节：DocumentReader类位于与调用代码不同的库中。 我还对所有代码进行了完整的重建，但问题仍然存在。编辑2：我正在使用Visual C ++ 2008。编辑3：我尝试制作了一个具有相同行为的“最小编译示例”，但无法复制该问题。编辑4：在Billy ONeal的建议下，我尝试更改BadDocumentReader头文件中readDocument方法的顺序。 当我更改顺序时，它会更改哪个函数被调用。 这似乎证实了我的怀疑，即存在一些奇怪的事情涉及索引到vtable中，但我不确定是什么原因导致了这种情况。编辑5：这是函数调用前几行的反汇编：

00559728  mov         edx,dword ptr [reader] 
0055972E  mov         eax,dword ptr [edx] 
00559730  mov         ecx,dword ptr [reader] 
00559736  mov         edx,dword ptr [eax] 
00559738  call        edx  

我不太了解汇编语言，但看起来它正在取消引用reader变量指针。存储在此内存部分中的第一件事应该是指向vtable的指针，因此它将其取消引用为eax。然后它将vtable中的第一项放入edx并调用它。重新编译不同顺序的方法似乎不会改变这一点。它总是想调用vtable中的第一项。(我可能完全误解了这一点，因为我根本不懂汇编语言...)感谢您的帮助。 编辑6：我找到了问题，并为浪费大家的时间道歉。问题在于GoodDocumentReader应该被声明为DocumentReader的子类，但实际上并没有。C风格的转换抑制了编译器错误(如果您想将您的评论作为答案提交，我会将其标记为正确答案)。棘手的是，代码已经通过纯粹的意外运行了几个月，直到有人添加了两个更多的虚函数到GoodDocumentReader，所以它不再通过运气调用正确的函数。

- Ryan Gabbard

---

你能否简化这段代码为最小可编译示例以展示问题？ - Oliver Charlesworth

不应该从wistringstream继承。如果你想要使用UTF-8编码，你应该使用codecvt facet来完成；毕竟，这正是codecvt facet的设计目的。boost库有一个相关的实现，而且我相信MSVC++也内置了这样的功能。 - Billy ONeal

你说DocumentReader的东西在一个单独的库中。你确定它们使用相同的设置编译了吗？ - Billy ONeal

可能 "_new" 分配功能出了问题（因为它不是标准的 new）？ - ltjax

有人告诉过你 C 风格的强制类型转换是邪恶的吗？如果没有它编译不通过，代码一定有严重问题。看起来像是某个 Java 开发者试图用 C++ 写 Java。 - sellibitze

Answer 1

这是因为不同的源文件对类的虚函数表布局存在分歧。调用该函数的代码认为 readDocument(InputStream &, const wchar_t *) 在特定偏移量处，而实际的虚函数表将其放置在不同的偏移量上。

通常情况下，当你更改虚函数表（例如在该类或任何父类中添加或删除虚函数）并重新编译其中一个源文件而不是另一个源文件时，就会出现这种情况。然后，你会得到不兼容的目标文件，当你链接它们时，程序会崩溃。

要解决此问题，请全面清理并重新构建所有代码：包括库代码和使用库的代码。如果你没有库的源代码但具有包含类定义的头文件，则无法进行修改类定义。在这种情况下，你应该将其恢复为原始状态并重新编译所有代码。

- Adam Rosenfield

---

.h文件定义了对象的布局，包括虚表；如果你在不重新编译库的情况下更改它，一切都会变得非常混乱。 - Mark Ransom

从理论上讲，如果源代码是使用不同的编译器、不同的版本或不同的设置编译的，则会出现问题。但在实践中，编译器/选项必须相当不同才能出现这个问题（更不用说如果构建系统无法检测到需要重新编译的情况下，它就会非常糟糕）。我认为这是一个与C风格转换有关的问题，它没有正确地移动指针值（将其从派生类的vtable移回到基类的vtable）。 - Mikael Persson

@Mikael Persson：我之前遇到过非常类似的问题，即类布局已更改，但未重新编译使用它的每个源文件。发生这种情况的原因是使用的编译器标志类似于-I- -Isomedir，因此在使用-MM生成依赖项时，somedir中的头文件未列为依赖项。 - Adam Rosenfield

通过谷歌搜索来到这里。问题与 OP 描述的一样，原因是在添加虚函数后 Visual Studio 进行了“智能”部分重建。清理解决方案并重新构建即可解决问题。 - Szak1

Answer 2

我建议首先尝试删除C-cast。

• 这是完全不必要的，从Derived到Base的转换在语言中是自然的
• 它可能会导致错误（虽然不应该）

看起来像是编译器的问题...这肯定不是VS中的第一个问题。

不幸的是，我手头没有VS 2008，在gcc中转换是正确的：

struct Base1
{
  virtual void foo() {}
};

struct Base2
{
  virtual void bar() {}
};

struct Derived: Base1, Base2
{
};

int main(int argc, char* argv[])
{
  Derived d;
  Base1* b1 = (Base1*) &d;
  Base2* b2 = (Base2*) &d;

  std::cout << "Derived: " << &d << ", Base1: " << b1
                                 << ", Base2: " << b2 << "\n";

  return 0;
}


> Derived: 0x7ffff1377e00, Base1: 0x7ffff1377e00, Base2: 0x7ffff1377e08

- Matthieu M.

Answer 3

我曾经也碰到过这个问题，我的问题是我把它存储在了一个类成员变量中。当我把它改为指针并且使用new/delete时，成功地注册了子类及其函数。

- Andrew

Answer 4

基于汇编，似乎很清楚绑定是动态的并来自于虚表的第一个条目，问题是哪个虚表呢？！我建议您使用 static_cast 而不是C样式转换（当然，@VJo： dynamic_cast 在这种情况下不需要！）。标准中没有要求指针BadDocumentReader* ptr具有与其转换static_cast<DocumentReader*>(ptr)相同的实际值（地址）。这就解释了为什么它将调用绑定到BadDocumentReader的虚表的第一个条目，而不是其基类的虚表。而且，顺便说一句，在这种情况下您根本不需要转换。

有一种可能性与asm不太一致，但仍然值得知道。 因为您在与调用reader->readDocument相同的作用域中创建了BadDocumentReader，编译器变得过于聪明，并决定可以解析调用而无需动态查找vtable。这是因为它知道读取器指针的“真实”类型实际上是BadDocumentReader。因此，它绕过vtable并静态绑定调用。至少，在一个几乎相同的情况下，我遇到了这种可能性。但根据asm，我相信第一种可能性是发生在您的情况中的。

- Mikael Persson

---

C风格的转换应该首先尝试使用static_cast，因此我认为这不是问题所在。 - Billy ONeal