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C++從匯編的視角審視對象的創建問題_C 語言

作者：楷哥 ? 更新時間： 2022-04-03 編程語言

前言

很久以前閱讀了 CSAPP 這本書，可惜看過的東西基本都忘記了，只知道一些工具可以幫助我分析。今天突然對 “返回對象的函數” 很感興趣，于是分析了一下匯編。

返回對象的函數如下，現在有一種叫做 NRV 優化的技術可以避免低效率，如果把它關掉，它將會執行以下過程：創建一個對象 apple，然后返回一個 apple，發生一次拷貝構造函數，所以存在執行效率問題；如果你還寫了 Apple a = GetApple();，那么還將會發生一次賦值拷貝構造。

Apple GetApple() {
	Apple apple{};
	return apple;
}

代碼：

class Apple {
public:
	Apple() {
	}
	~Apple() {
	}
	Apple(const Apple& apple) {
		this->a = apple.a;
		this->b = apple.b;
	}
	Apple& operator=(const Apple& apple) {
		this->a = apple.a;
		this->b = apple.b;
		return *this;
	}
  void Print() {
    cout << a << " " << b << endl;
  }

	int a = 1;
	int b = 2;
};

Apple GetApple() {
	Apple apple{};
	return apple;
}

構造函數的執行過程分析

構造函數的執行過程：即使是無參構造函數，調用之前仍然要傳參。傳入的是一個地址，需要在函數運行結束的時候，這個地址上有了一個對象。

main 函數如下：

int main() {
  Apple a;
  int x = a.a;
  x = 10;
  return 0;
}

生成的匯編代碼：

# main 函數構造對象的地方：
	pushq	%rbp              # rbp 壓棧
	movq	%rsp, %rbp        # rsp 替換 rbp
	pushq	%rbx              # rbx 壓棧，保存現場
	subq	$24, %rsp         # rsp 自減 24，棧向下增長，相當于擴展 24 字節
	leaq	-24(%rbp), %rax   # 將地址賦值給 rax，rax 是 Apple 對象開始的地方
	movq	%rax, %rdi        # rdi 傳參
	call	_ZN5AppleC1Ev
	movl	-28(%rbp), %eax   # 返回之后，會執行 int x = a.a;
	movl	%eax, -20(%rbp)   # 取第一個字節賦值給 x
	movl	$10, -20(%rbp)    # 直接使用 10 賦值給 x；寫著行的目的只是為了確定 x 的位置

# 默認構造器:
	pushq	%rbp              # rbp 壓棧
	movq	%rsp, %rbp        # rsp 替換 rbp
	movq	%rdi, -8(%rbp)    # rdi 是前面 rax 的值
	movq	-8(%rbp), %rax    # 設置 rax 為 rbp 減 8
	movl	$1, (%rax)        # 間接尋址，設置 4 字節為 1
	movq	-8(%rbp), %rax    # rax 其實還是一樣的
	movl	$2, 4(%rax)       # 變址尋址，其實就是間接尋址加一個偏移量，設置 4 字節為 2
	nop
	popq	%rbp
	ret                       # 于是最終 rdi 開始，向下的 8 字節是 Apple 對象

返回對象函數的分析

從匯編的視角來看，調用構造器和調用 “返回對象” 的函數是一樣的。它的執行過程是：即使是兩個函數都是無參的，它仍然會進行一次傳參。傳入的是一個地址，需要在函數調用結束后，這個地址上有了一個對象。從匯編的角度來看，對象就是一堆數據的排列，比如說最普通的對象就是數據成員按照聲明順序直接排列。

舉個實際點的例子。Apple 這個類，有兩個成員，a 和 b。調用了構造器或者 “返回對象” 的函數，先傳入一個地址，之后函數里面會在這個地址上存放兩個數，分別是 a 和 b 的值，然后返回。此時，這個地址上就有了 a 和 b，雖然機器看不到對象，但是對我們來說，它就是一個對象。

如果關閉了 NRV 優化，那么首先會傳入一個地址，然后構造一個對象，這個對象將會被拷貝構造到傳入的地址上，返回。之后如果調用了一次賦值，那么還要將這個地址上的對象復制構造給棧上的變量。整個過程，實際上存在兩個臨時對象，發生了一次構造、一次復制構造、一次賦值構造。

main:
.LFB3535:
	pushq	%rbp
	movq	%rsp, %rbp
	pushq	%rbx
	subq	$40, %rsp
	leaq	-36(%rbp), %rax
	movq	%rax, %rdi
	call	_ZN5AppleC1Ev
	movl	-36(%rbp), %eax
	movl	%eax, -20(%rbp)
	movl	$10, -20(%rbp)
	leaq	-28(%rbp), %rax    # 這里之前的匯編是一樣的，調用 GetApple
	movq	%rax, %rdi         # rdi，傳參
	call	_Z8GetApplev        
	leaq	-28(%rbp), %rdx    # rax 已經存放對象，-28 的位置有對象
	leaq	-36(%rbp), %rax
	movq	%rdx, %rsi
	movq	%rax, %rdi
	call	_ZN5AppleaSERKS_
	leaq	-28(%rbp), %rax
	movq	%rax, %rdi
	call	_ZN5AppleD1Ev
	movl	$0, %ebx
	leaq	-36(%rbp), %rax
	movq	%rax, %rdi
	call	_ZN5AppleD1Ev
	movl	%ebx, %eax
	addq	$40, %rsp
	popq	%rbx
	popq	%rbp

# GetApple 函數的匯編代碼
	pushq	%rbp
	movq	%rsp, %rbp
	subq	$32, %rsp
	movq	%rdi, -24(%rbp)    # 分配空間，然后將傳過來的 rdi 放進去
	leaq	-8(%rbp), %rax     
	movq	%rax, %rdi         # 前面分析過了，調用回來時 rax 開始的 8 字節就是對象
	call	_ZN5AppleC1Ev
	leaq	-8(%rbp), %rdx     # 取 rax 地址到 rdx
	movq	-24(%rbp), %rax    # 取 rdi 地址到 rax
	movq	%rdx, %rsi         # rsi 已經有對象了
	movq	%rax, %rdi         # rsi 和 rdi 都用來傳參          
	call	_ZN5AppleC1ERKS_   # 調用拷貝構造函數
	leaq	-8(%rbp), %rax     # rax 上有對象了
	movq	%rax, %rdi         # rdi 傳參，準備調用析構函數
	call	_ZN5AppleD1Ev
	nop
	movq	-24(%rbp), %rax    # 前面調用拷貝構造前的地址，這個地址有對象了
	leave
	ret

# 拷貝構造函數
	pushq	%rbp
	movq	%rsp, %rbp
	movq	%rdi, -8(%rbp)    # rdi 無對象
	movq	%rsi, -16(%rbp)   # rsi 有對象
	movq	-16(%rbp), %rax   # 把對象放到 rax
	movl	(%rax), %edx      # 把第一屬性（4 字節）移動到 edx
	movq	-8(%rbp), %rax
	movl	%edx, (%rax)      # 把第一屬性移動到 rdi
	movq	-16(%rbp), %rax
	movl	4(%rax), %edx     # 把第二屬性移動到 edx
	movq	-8(%rbp), %rax
	movl	%edx, 4(%rax)     # 把第二屬性移動到 rdi 上
	movq	-8(%rbp), %rax    # rdi 上有了對象，rax 也設置一個
	popq	%rbp
	ret

原文鏈接：https://www.cnblogs.com/zzk0/p/15827536.html

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