学无止尽，积土成山，积水成渊-《C++反汇编与逆向分析技术揭秘》 读书笔记。马上就要出差了，回来后接着写吧。
一、概述
菱形继承是最复杂的对象结构，菱形结构会将单一继承与多重继承进行组合。菱形继承示意如下：
class A；
class B : virtual public A；
class C : virtual public A；
class D : public B, public C；
其中菱形继承中使用了虚继承机制。虚继承定义为：在继承定义中包含了virtual关键字的继承关系。虚继承的提出就是为了解决多重继承。如果不采用虚继承，则D类对象会保存基类A的两份副本，从导致D类对象使用基类A成员变量或或成员函数时，出现二义性。但如果采用虚继承时，则D类对象则就只保留了基类A的一份副本，但编译器是如何实现这个机制呢？
先从简单的单类继承讲起，如派生类B虚继承基类A:编译器会在派生类B的对象中保存一个基类A的副本，然后在类B的对象中添加一个变量，该变量是关于类A的数据在类B的对象中的偏移量（offset）。实际上类B的对象中并不直接保存偏移量（offset） 的值，而是保存一个指针(pvbtable)，该指针指向一个vbtable表(virtual base table，虚基类表)，vbtable表中的由有两项组成：
- 第一项 vbtable[1]：所属类（即派生类B）对应的虚表指针相对于 pvbtable 的偏移值；
- 第二项 vbtable[2]： 虚基类（即基类A）的虚表指针相对于 pvbtable 的偏移值。
所有类B的对象共享该表，因此每个类B的对象均有一个单独的指针（pvbtable）指向该表。同理可知，类C的对象中也同样有个指针变量（pvbtable），指向一个vbtable表。
1. 派生类D的对象内存排列：
- 类B的虚表指针（pvftabe_B）
- 类B的虚基类表的指针(pvbtable_B)
- 类B的成员数据
- 类C的虚表指针 (pvftabe_C)
- 类C的虚基类表的指针(pvbtable_C)
- 类C的成员数据
- 类D的成员数据
- 类A的虚表指针(pvftabe_A)
- 类A的成员数据
显然在类D的对象中只存在基类A数据的一份副本，而且具有以下等式
vbtable_B[2] + address[pvbtable_B] = vbtable_C[2] + address[pvbtable_C] = address[pvftabe_A]。
2.构造函数
“构造标记”=1时，则调用父类A的构造函数。在调用D:D()构造函数时，“构造标记”=0时，则不调用用祖父类A的构造函数；“构造标记”=1时，则调用祖父类A的构造函数。
具体过程如下：
①“构造标记”置1，然后调用D:D();
②在D:D()内，调用A:A();
③在D:D()内，“构造标记”置0，然后调用B：B（）;
④在D:D()内，“构造标记”置0，然后调用C：C（）;
3.析构函数
在对象D的构造函数内只会调用一次祖父类A的析构函数。
二、源码（书中第十二章 菱形继承源码）
// 定义家具类，等同于类A
class CFurniture{
public:
CFurniture(){
m_nPrice = 0;
}
virtual ~CFurniture(){ // 家具类的虚析构函数
printf("virtual ~CFurniture()\r\n");
}
virtual int GetPrice(){ // 获取家具价格
return m_nPrice;
};
protected:
int m_nPrice; // 家具类的成员变量
};
// 定义沙发类，继承自类CFurniture，等同于类B
class CSofa : virtual public CFurniture{
public:
CSofa(){
m_nPrice = 1;
m_nColor = 2;
}
virtual ~CSofa(){ // 沙发类虚析构函数
printf("virtual ~CSofa()\r\n");
}
virtual int GetColor(){ // 获取沙发颜色
return m_nColor;
}
virtual int SitDown(){ // 沙发可以坐下休息
return printf("Sit down and rest your legs\r\n");
}
protected:
int m_nColor; // 沙发类成员变量
};
// 定义床类，继承自类CFurniture，等同于类C
class CBed : virtual public CFurniture{
public:
CBed(){
m_nPrice = 3;
m_nLength = 4;
m_nWidth = 5;
}
virtual ~CBed(){ // 床类的虚析构函数
printf("virtual ~CBed()\r\n");
}
virtual int GetArea(){ // 获取床面积
return m_nLength * m_nWidth;
}
virtual int Sleep(){ // 床可以用来睡觉
return printf("go to sleep\r\n");
}
protected:
int m_nLength; // 床类成员变量
int m_nWidth;
};
// 子类沙发床的定义，派生自类CSofa和类CBed，等同于类D
class CSofaBed : public CSofa, public CBed{
public:
CSofaBed(){
m_nHeight = 6;
}
virtual ~CSofaBed(){ // 沙发床类的虚析构函数
printf("virtual ~CSofaBed()\r\n");
}
virtual int SitDown(){ // 沙发可以坐下休息
return printf("Sit down on the sofa bed\r\n");
}
virtual int Sleep(){ // 床可以用来睡觉
return printf("go to sleep on the sofa bed\r\n");
}
virtual int GetHeight(){
return m_nHeight;
}
protected:
int m_nHeight; // 沙发类的成员变量
};
void main(int argc, char* argv[]){
CSofaBed SofaBed;
}
三、汇编(VS2010编译)
1.内存排列
;偏移 地址 值 值解析
ebp-28h 002BF950 00CD4854 pvftable1---->const CSofaBed::`vftable'{for `CSofa'}
ebp-24h 002BF954 00CD4870 pvbtable1---->const CSofaBed::`vbtable'{for `CSofa'}
ebp-20h 002BF958 00000002 CSofa.m_nColor
ebp-1Ch 002BF95C 00CD4844 pvftable2---->const CSofaBed::`vftable'{for `CBed'}
ebp-18h 002BF960 00CD4864 pvbtable2---->const CSofaBed::`vbtable'{for `CBed'}
ebp-14h 002BF964 00000004 CBed.m_nLength
ebp-10h 002BF968 00000005 CBed.m_nWidth
ebp-0Ch 002BF96C 00000006 CSofaBed.m_nHeight
ebp-08h 002BF970 00CD4834 pvftable3---->const CSofaBed::`vftable'{for `CFurniture'}
ebp-04h 002BF974 00000003 CFurniture.m_nPrice
;第一个虚表（pvftable1）：
;const CSofaBed::`vftable'{for `CSofa'} ;基类CSofa的虚表
00CD4854 00CD10B4 CSofa::GetColor(void)
00CD4858 00CD1005 CSofaBed::SitDown(void)
00CD485C 00CD1127 CSofaBed::GetHeight(void)
00CD4860 00000000
;第一个虚基表(vbtable1)：
;const CSofaBed::`vbtable'{for `CSofa'}
00CD4870 FFFFFFFC ;vbtable1[1]=-4, address[pvbtable1]+vbtable1[1]=address[pvftable1]
00CD4874 0000001C ;vbtable1[2]=28, address[pvbtable1]+vbtable1[2]=address[pvftable3]
00CD4878 00000000
;第二个虚表（pvftable2）：
;const CSofaBed::`vftable'{for `CBed'} ;基类CBed的虚表
00CD4844 00CD10FA CBed::GetArea(void)
00CD4848 00CD1091 CSofaBed::Sleep(void)
00CD484C 00000000
;第二个虚基表(vbtable2)：
;const CSofaBed::`vbtable'{for `CBed'}
00CD4864 FFFFFFFC ;vbtable2[1]=-4, address[pvbtable2]+vbtable2[1]=address[pvftable2]
00CD4868 00000010 ;vbtable2[2]=16, address[pvbtable2]+vbtable2[2]=address[pvftable3]
00CD486C 00000000
;第三个虚表(pvftable3)：
;const CSofaBed::`vftable'{for `CFurniture'} ;虚基类CFurniture的虚表
00CD4834 00CD1028 CSofaBed::`scalar deleting destructor'(uint)
00CD4838 00CD1145 CFurniture::GetPrice(void)
00CD483C 000000002.构造函数
mov [ebp-4], ecx ;临时保存this指针到[ebp-4]
mov dword ptr [ebp-48h], 0 ;构造标记置0
cmp dword ptr [ebp+8], 0
;函数参数[ebp+8]==0，为0时不需要调用祖父类的构造函数;为1时，需要调用祖父类的构造函数。
jz short loc_4114BC
mov eax, [ebp-4] ;eax=this
;初始化为[eax+4]=[this+4]=pvbtable1,对pvbtable1初始化为const CSofaBed::`vbtable'{for `CSofa'}
mov dword ptr [eax+4], offset ??_8CSofaBed@@7BCSofa@@@
mov eax, [ebp-4] ;eax=this
;初始化为[eax+10h]=[this+10h]=pvbtable2,对pvbtable2初始化为const CSofaBed::`vbtable'{for `CBed'}
mov dword ptr [eax+10h], offset ??_8CSofaBed@@7BCBed@@@
mov ecx, [ebp-4] ;ecx=this
add ecx, 20h ;ecx+20h=this+20h----->pvftable3
call j_??0CFurniture@@QAE@XZ ;调用祖父类构造函数CFurniture::CFurniture(void)
or dword ptr [ebp-48h], 1 ;构造标记置1
loc_4114BC:
push 0 ;压入参数0，作为构造标记，跳过虚基类CFurniture的构造函数
mov ecx, [ebp-4] ;ecx=this
call j_??0CSofa@@QAE@XZ ;调用父类构造函数CSofa::CSofa(void)
push 0 ;压入参数0，作为构造标记，跳过虚基类CFurniture的构造函数
mov ecx, [ebp-4] ;ecx=this
add ecx, 0Ch ;ecx=this+0ch----->pvftable2
call j_??0CBed@@QAE@XZ ;调用父类构造函数CBed::CBed(void)
mov eax, [ebp-4] ;ecx=this
;[eax]=[this]----->pvftable1,初始化为const CSofaBed::`vftable'{for `CSofa'}
mov dword ptr [eax], offset ??_7CSofaBed@@6BCSofa@@@
mov eax, [ebp-4] ;ecx=this
;ecx=this+0ch----->pvftable2,初始化为 const CSofaBed::`vftable'{for `CBed'}
mov dword ptr [eax+0Ch], offset ??_7CSofaBed@@6BCBed@@@
mov eax, [ebp-4] ;eax=this
mov ecx, [eax+4] ;ecx=[this+4]=pvbtable1
mov edx, [ecx+4] ;edx=[pvbtable1+4]=vbtable1[2]
mov eax, [ebp-4] ;eax=this=address[pvftable1]
;[eax+edx+4]=[this+vbtable1[2]]----->pvftable3,初始化为const CSofaBed::`vftable'{for `CFurniture'}
mov dword ptr [eax+edx+4], offset ??_7CSofaBed@@6BCFurniture@@@
mov eax, [ebp-4] ;eax=this
mov dword ptr [eax+1Ch], 6 ;[eax+1ch]=[this+1ch]----->CSofaBed.m_nHeight,初始化为6
3.析构函数
略
4.函数调用
CFurniture * pFurniture = &SofaBed;
mov ecx, [ebp-24h] ;参照栈表可知，ecx=[ebp-24h]=[this+4]=pvbtable1，指向第一个虚基表
mov edx, [ecx+4] ;edx=[pvbtable1+4]=vbtable2[2]
lea eax, [ebp+edx-24h]
;pvbtable1+vbtable2[2]=address[pvftable3]，即eax=address[pvftable3]=this+20h。
mov [ebp-78h], eax
mov ecx, [ebp-78h]
mov [ebp-2Ch], ecx ;指针变量pFurniture在[ebp-2Ch]处，即pFurniture=this+20h
;printf("price is %d", pFurniture->GetPrice());
mov eax, [ebp-2Ch] ;把pFurniture赋值给eax，即eax=this+20h
mov edx, [eax] ;edx=[this+20h]=pvftable3
mov ecx, [ebp-2Ch] ;ecx传参，ecx=this+20h----->pvftable3
mov eax, [edx+4]
;eax=[pvftable3+4]=vftable3[2]----->CFurniture::GetPrice(void)
call eax ;调用CFurniture::GetPrice(void)
push eax ;CFurniture::GetPrice(void)返回的结果入栈
push offset Format ;"price is %d"
call ds:__imp__printf
add esp, 8
;CSofa * pSofa = &SofaBed;
lea eax, [ebp-28h] ;参照栈表可知，eax=address[ebp-28h]=this
mov [ebp-30h], eax ;指针变量pSofa在栈[ebp-30h]处，完成pSofa的赋值，即pSofa=this
;pSofa->SitDown();
mov eax, [ebp-30h] ;eax=pSofa=this
mov edx, [eax] ;edx=[this]=pvftable1
mov ecx, [ebp-30h] ;ecx传参,ecx=pSofa=this
mov eax, [edx+4]
;eax=[pvftable1+4]=vftable1[2]----->CSofaBed::SitDown(void)
call eax ;调用CSofaBed::SitDown(void)
CBed * pBed = &SofaBed;
lea ecx, [ebp-28h] ;参照栈表可知，ecx=address[ebp-28h]=this
add ecx, 0Ch ;ecx=this+0ch----->pvftable2
mov [ebp-78h], ecx ;
jmp short loc_41142E ;---|
;|
loc_41142E:;<----------------|
mov edx, [ebp-78h]
mov [ebp-34h], edx
;指针变量pBed在栈[ebp-34h]处，完成pBed的赋值，即pBed=this+0ch----->pvftable2
pBed->Sleep();
mov eax, [ebp-34h] ;eax=this+0ch
mov edx, [eax] ;edx=[this+0ch]=pvftable2
mov ecx, [ebp-34h] ;ecx传参，ecx=this+0ch----->pvftable2
mov eax, [edx+4]
;eax=[pvftable2+4]=vftable2[2]----->CSofaBed::Sleep(void)
call eax ;调用CSofaBed::Sleep(void)
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