淺析C++中的this指針

有下面的一個簡單的類：
class CNullPointCall
{
public:
    static void Test1();
    void Test2();
    void Test3(int iTest);
    void Test4();

private:
    static int m_iStatic;
    int m_iTest;
};

int CNullPointCall::m_iStatic = 0;

void CNullPointCall::Test1()
{
    cout << m_iStatic << endl;
}

void CNullPointCall::Test2()
{
    cout << "Very Cool!" << endl;
}

void CNullPointCall::Test3(int iTest)
{
    cout << iTest << endl;
}

void CNullPointCall::Test4()
{
    cout << m_iTest << endl;
}
    那麼下面的代碼都正確嗎？都會輸出什麼？
CNullPointCall *pNull = NULL; // 沒錯，就是給指針賦值爲空
pNull->Test1(); // call 1
pNull->Test2(); // call 2
pNull->Test3(13); // call 3
pNull->Test4(); // call 4
    你肯定會很奇怪我爲什麼這麼問。一個值爲NULL的指針怎麼可以用來調用類的成員函數呢？！可是實事卻很讓人吃驚：除了call 4那行代碼以外，其餘3個類成員函數的調用都是成功的，都能正確的輸出結果，而且包含這3行代碼的程序能非常好的運行。
    經過細心的比較就可以發現，call 4那行代碼跟其他3行代碼的本質區別：類CNullPointCall的成員函數中用到了this指針。
    對於類成員函數而言，並不是一個對象對應一個單獨的成員函數體，而是此類的所有對象共用這個成員函數體。 當程序被編譯之後，此成員函數地址即已確定。而成員函數之所以能把屬於此類的各個對象的數據區別開, 就是靠這個this指針。函數體內所有對類數據成員的訪問， 都會被轉化爲this->數據成員的方式。
    而一個對象的this指針並不是對象本身的一部分，不會影響sizeof（“對象”）的結果。this作用域是在類內部，當在類的非靜態成員函數中訪問類的非靜態成員的時候，編譯器會自動將對象本身的地址作爲一個隱含參數傳遞給函數。也就是說，即使你沒有寫上this指針，編譯器在編譯的時候也是加上this的，它作爲非靜態成員函數的隱含形參，對各成員的訪問均通過this進行。
    對於上面的例子來說，this的值也就是pNull的值。也就是說this的值爲NULL。而Test1()是靜態函數，編譯器不會給它傳遞this指針，所以call 1那行代碼可以正確調用（這裏相當於CNullPointCall::Test1()）；對於Test2()和Test3()兩個成員函數，雖然編譯器會給這兩個函數傳遞this指針，但是它們並沒有通過this指針來訪問類的成員變量，因此call 2和call 3兩行代碼可以正確調用；而對於成員函數Test4()要訪問類的成員變量，因此要使用this指針，這個時候發現this指針的值爲NULL，就會造成程序的崩潰。    
    其實，我們可以想象編譯器把Test4()轉換成如下的形式：
void CNullPointCall::Test4(CNullPointCall *this)
{
    cout << this->m_iTest << endl;
}
    而把call 4那行代碼轉換成了下面的形式：
CNullPointCall::Test4(pNull);
    所以會在通過this指針訪問m_iTest的時候造成程序的崩潰。
    下面通過查看上面代碼用VC 2005編譯後的彙編代碼來詳細解釋一下神奇的this指針。
    上面的C++代碼編譯生成的彙編代碼是下面的形式：
    CNullPointCall *pNull = NULL;
0041171E  mov         dword ptr [pNull],0
    pNull->Test1();
00411725  call        CNullPointCall::Test1 (411069h)
    pNull->Test2();
0041172A  mov         ecx,dword ptr [pNull]
0041172D  call        CNullPointCall::Test2 (4111E0h)
    pNull->Test3(13);
00411732  push        0Dh  
00411734  mov         ecx,dword ptr [pNull]
00411737  call        CNullPointCall::Test3 (41105Ah)
    pNull->Test4();
0041173C  mov         ecx,dword ptr [pNull]
0041173F  call        CNullPointCall::Test4 (411032h)
    通過比較靜態函數Test1()和其他3個非靜態函數調用所生成的的彙編代碼可以看出：非靜態函數調用之前都會把指向對象的指針pNull（也就是this指針）放到ecx寄存器中（mov ecx,dword ptr [pNull]）。這就是this指針的特殊之處。看call 3那行C++代碼的彙編代碼就可以看到this指針跟一般的函數參數的區別：一般的函數參數是直接壓入棧中（push 0Dh），而this指針卻被放到了ecx寄存器中。在類的非成員函數中如果要用到類的成員變量，就可以通過訪問ecx寄存器來得到指向對象的this指針，然後再通過this指針加上成員變量的偏移量來找到相應的成員變量。
    下面再通過另外一個例子來說明this指針是怎樣被傳遞到成員函數中和如何使用this來訪問成員變量的。
    依然是一個很簡單的類：
class CTest
{
public:
    void SetValue();

private:
    int m_iValue1;
    int m_iValue2;
};

void CTest::SetValue()
{
    m_iValue1 = 13;
    m_iValue2 = 13;
}
    用如下的代碼調用成員函數：
CTest test;
test.SetValue();
    上面的C++代碼的彙編代碼爲：
    CTest test;
    test.SetValue();
004117DC  lea         ecx,[test]
004117DF  call        CTest::SetValue (4111CCh)
    同樣的，首先把指向對象的指針放到ecx寄存器中；然後調用類CTest的成員函數SetValue()。地址4111CCh那裏存放的其實就是一個轉跳指令，轉跳到成員函數SetValue()內部。
004111CC  jmp         CTest::SetValue (411750h)
    而411750h纔是類CTest的成員函數SetValue()的地址。
void CTest::SetValue()
{
00411750  push        ebp  
00411751  mov         ebp,esp
00411753  sub         esp,0CCh
00411759  push        ebx  
0041175A  push        esi  
0041175B  push        edi  
0041175C  push        ecx // 1  
0041175D  lea         edi,[ebp-0CCh]
00411763  mov         ecx,33h
00411768  mov         eax,0CCCCCCCCh
0041176D  rep stos    dword ptr es:[edi]
0041176F  pop         ecx // 2
00411770  mov         dword ptr [ebp-8],ecx // 3
    m_iValue1 = 13;
00411773  mov         eax,dword ptr [this] // 4
00411776  mov         dword ptr [eax],0Dh // 5
    m_iValue2 = 13;
0041177C  mov         eax,dword ptr [this] // 6
0041177F  mov         dword ptr [eax+4],0Dh // 7
}
00411786  pop         edi  
00411787  pop         esi  
00411788  pop         ebx  
00411789  mov         esp,ebp
0041178B  pop         ebp  
0041178C  ret
    下面對上面的彙編代碼中的重點行進行分析：
    1、將ecx寄存器中的值壓棧，也就是把this指針壓棧。
    2、ecx寄存器出棧，也就是this指針出棧。
    3、將ecx的值放到指定的地方，也就是this指針放到[ebp-8]內。
    4、取this指針的值放入eax寄存器內。此時，this指針指向test對象，test對象只有兩個int型的成員變量，在test對象內存中連續存放，也就是說this指針目前指向m_iValue1。
    5、給寄存器eax指向的地址賦值0Dh（十六進制的13）。其實就是給成員變量m_iValue1賦值13。
    6、同4。
    7、給寄存器eax指向的地址加4的地址賦值。在4中已經說明，eax寄存器內存放的是this指針，而this指針指向連續存放的int型的成員變量m_iValue1。this指針加4（sizeof(int)）也就是成員變量m_iValue2的地址。因此這一行就是給成員變量m_iValue2賦值。
    通過上面的分析，我們可以從底層瞭解了C++中this指針的實現方法。雖然不同的編譯器會使用不同的處理方法，但是C++編譯器必須遵守C++標準，因此對於this指針的實現應該都是差不多的。