深入探讨this指针

深入探讨 this 指针

为了写这篇文章，准备了好长时间，翻遍了箱底的书籍。但是现在还是不敢放开手来写，战战兢兢。不是担心自己写错，而是唯恐自己错误误导别人。同时也希望这篇文章能给你一点收获。既然是深入探讨 this 指针，所以建议初学者，最好具有一定编译基础，调试基础。如果大家认为这片文章有不满的地方 , 就给我发信批评一下，以便及时修正。

关于 this 指针的描述我们一般从语言层次上讲；

this 指针作为一个隐含参数传递给非静态成员函数，用以指向该成员函数所属类所定义的对象。当不同的对象调用同一个类的成员函数代码时，编译器会依据该成员函数的 this 指针所指向的不同对象来确定应该引用哪个对象的数据成员。简单例子

我们定义一个简单 stack 类

// 定义 stack 类

class Stack

{

public :

     Stack(); // 构造函数

     ~Stack(); // 析构函数

public :

     void push( char c); // 压栈函数

private :

     char *top; // 栈顶元素

char *max; //

};

// 压栈函数

void Stack::push( char c)

{

if (top > max)

{

ERROR;

}

*top++ = c;

}

// 定义公共函数，操作栈对象中的 push 函数

void FunStack(Stack *p)

{

p->push('c');

}

上面的代码我们加入 this 概念，以 C 代码形式显示 ( 你可以理解编译 C++ 成 C 代码后， Cfront 开始就是这么做的 )

// 用普通 C 描述类成员函数

void Stack__push( this ,c); // 普通 C 代码

{

if ( this ->top > this ->max)

{

ERROR;

}

*( this ->top)++ = c;

}

void FunStack(p) // Stack *p;

{

Stack__push(p,'c');

}

C++ 中 this 指针是从 Simula （只是听说没有使用过）里的 THIS 引用的翻版，有时候有人会问，为什么 this 是指针而不是一个引用？为什么叫 this 而不是叫 self （ smalltalk ）？第一个问题是，当 this 引入带类的 C 时，在那时的是 C ＋＋中还没有引用机制，所以只能是 this 指针而不是引用了。第二个问题，更简单了，就是因为 this 是从 simula 来，而不是从 smalltalk 来。

    上面是简单的讨论，我们将逐步深入讨论 this 。

我们通过 this 访问对象（已经成惯例了）中函数和变量时一般这样使用

    this->top;// 访问变量

    this->push();// 访问函数

    (*this).top;// 访问变量

    (*this).push();// 访问函数

通过上面例子，我们从语言层次上说 this 是一个指针（也许你说 this 本来就是一个指针，就叫 this 指针，不要着急听我慢慢说来）。那么 this 是一个什么样子的指针，比如我们最常见的指针有。

int *p;

Const int *p;

int * const p;

那么 this 指针是不是其中一种？下面我们分别验证。

    我们定义类 , 作为验证对象

    class A

{

public :

     int iData; // 简单期间我们定义为 int 型

     mutable int iData2; // mutable

int Fun1(){ return ++iData;}; // 普通函数 ㈠

     int Fun2() const { return ++iData;}; // 带 const 的函数 ㈡

};

上面的 ㈠ 函数可以正确执行。

上面 ㈡ 函数，不能通过编译，我们知道在 const 函数中，不允许修改类中变量。那么最终原因是什么？其实在上面的例子中，我们用 C 实现

int A_Fun2(const A* this);

const 函数本质是 const this 的原因，所以不允许修改 iData 值。

至少现在我们可以确定 this 指针，不是一个 const 常量指针。因为如果 this 是常量指针，我们就不能修改类中变量的值了。捎带我们提一下 C ＋＋中关键字 mutable ，如上定义的 mutable int iData2; // mutable 变量 ，这样我们就可以在 const 函数中修改 iData2 的值。其实这时的 mutable 和 public ， private ， protected 是相同的，这些关键字只是在编译时刻有用，编译后变量类型是没有区别的。更深一步说，强制类型转换也是对编译器来说，是通过编译器编译过程中判断类型转换的正误。

    那么 this 对象是否是 A *const this 的值哪？首先我们先看一个例子

static int iTest = 1;

class A

{

public :

     int iData; // 简单期间我们定义为 int 型

mutable int iData2; // mutable

int Fun1()

{

int iTemp = 4;

return ++iData;

     }; // 普通函数

     int Fun2() const { return iData;}; // 带 const 的函数

};

int _tmain( int argc, _TCHAR* argv[])

{

A a;

static int iTest1 = 2;

a.Fun1();

static int iTest2 = 3;

system("pause");

return 0;

}

我们通过上面的例子查看 this 的地址，我们定义 static 对象的目的就是为了用 this 指针的地址和 static 变量的地址进行对比，看一看 this 指针到底分配到哪里？

    注意我们在这里不能直接使用 &this 获得 this 的指针，如果我们这样定义会提示

Error C2102 “ & ” 要求一个 L 值

    通过上面至少我们知道， this 不是一个个人定义的变量，只是在运行时刻有效。所以这时如果直接对 this 取地址，在编译时刻无法通过，提示如上错误。

    既然我们在程序中无法通过 &this 取得 this 的地址。那么我们有什么办法取得 this 的地址？我们上面已经提到 this 是在运行时刻有效，我们就以据这点查找 this 的地址。

    为了在取得 this 的地址，我们使用 VC7.0 下的命令窗口，在命令窗口中我们使用命令 eval ，通过这个命令我们可以取得 this 的地址。我们还是在上面的程序中设置断点

在 debug 下，我们运行上面的程序，并进入断点后，进行取址操作。

>eval &iTest

0x0044afa0 iTest

>eval &iTest1

0x0044afa4 iTest1

>eval &this// 注意只有我们进入 Fun1 （）函数体内才能取得 &this 的值

0x0012fdf0 " 玄 _"

>eval &iTest2

0x0044afa8 iTest2

通过对比我们可以看出 static 变量 iTest,iTest1,iTest2 存放在全局变量区域，而 &this （ 0x0012fdf0 ）的地址比 &iTest （ 0x0044afa0 ）地址还要底，而 static 变量存放在单独全局

区域，并且这个区域是从底地址到高地址递增的。所以通过上面的对比至少我们可以肯定一点 this 指针的创建要比 static 变量（或者全局变量）早。那么更比创建 A a ；对象时调用 A 的构造函数早，只是创建 a 对象后， this 指向 a 对象；

当我们创建两个 A 类对象时，会发现 this 指针的地址是相同的，但是 this 指针指向对象不同。当然不同了，如果相同。 A a ， b ；那么 a ， b 对象也就相同了，这种方式肯定是不对的。结论就是同一个类创建多个对象时，多个对象的 this 指针是同一个指针。也就是说在单进程单线程中 this 对象在放入 CPU 寄存器中时都是同一个地址，只是指向不同的对象而已。上面的测试是在 DEBUG 状态下的测试结果。

那么在 Release 是什么样？要多亏 VC7.0 支持 Release 下的断点，我们在 Release 下，启动调试。这时需要在 Release 状态下设置，优化状态为 禁用 (/Od)

>eval &this CXX0069: 错误 : 变量需要堆栈帧

>eval this CXX0069: 错误 : 变量需要堆栈帧

>eval *this CXX0069: 错误 : 变量需要堆栈帧

    在 Release 状态下 &this ， this ， *this 不存在了，提示是变量需要堆栈帧，说明此时的 this 指针不存在了。难到 this 指针只是在 debug 模式下有，在 Release 模式下没有？而 C ＋＋语言特性中并没有说 this 指针在调试状态下有而在 Release 模式下没有啊？只是强调 this 指针作为一种隐含参数传递。也就是在正确（请这样理解）的程序中 this 应该是不存在的，至少可以肯定的是说在内存中不存在 this 指针。

    我们使用 C ＋＋的时候知道有一种变量定义方式，也不存放到内存，而是直接放到寄存器中。我想你已经猜到了就是 register 类型变量，下面我们测试 register 类型变量是否和 this 指针是一样的结果。

    在程序中定义： register int iRegData;

Debug

>eval iRegData

5

>eval &iRegData

0x0012fec4// 注意这个地址，看看是否和 >eval &this// 注意只有我们进入 Fun1 （）函数体内才能取得 &this 的值 0x0012fdf0 " 玄 _" 在地址上很接近啊！一个是 0x0012fec4 ，另一个是 0x0012fdf0 。

    Release

>eval iRegData

5

>eval &iRegData

0x0012fee0

通过上可以知道在 debug 和 Release 模式下 iRegData 都没有直接放入寄存器，而是在内存中开辟了内存空间，至于如何可以在运行时候看出 register 变量是放到寄存器，而不是内存中，我还不得而知，所以哪位高人知道，麻烦告诉我一声。看来 this 指针也不是 register 类型的，或者我现在的能力还不能确定 this 是 register 。后来才知道 register 对编译器只是一个提示，编译器可以执行也可以不执行，就像 inline 一样。但是至少我们可以使用 __inline 宏，可以确保函数被 inline ，但是 register ？有没有这种策略，我现在还不得而知。

补充：定义变量类型有四中分别是

1 ： Auto: 非 static ， const 类型变量，比如局部变量， int i ； char c 等。都是 auto int i ； auto char c ；

2 ： static ：静态变量， static int i ， static char c ；

3 ： const ：常量变量，值不可修改。 Const int i ， static char c ；

4 ： register ：内存变量，编译器把此值直接放入寄存器。 Register int i ； register char c ；

上面讨论我们都是从类中变量进行讨论的，但是无法确定 this 到底是什么？那么我们继续从类中的函数开始讨论 this 。并且我们也将逐渐深入编译状态下。

开始的使用已经举了例子，类内函数在解释函数时，把 this 指针作为函数的第一个参数进行传递。 但是，当高级语言被编译成计算机可以识别的机器码时，有一个问题就凸现出来：在 CPU 中，计算机没有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数，也没有硬件可以保存这些参数（你讲看到 this 是一个例外）。也就是说，计算机不知道怎么给这个函数传递参数，传递参数的工作必须由函数调用者和函数本身来协调。为此，计算机提供了一种被称为栈的数据结构来支持参数传递。     栈是一种先进后出的数据结构，栈有一个存储区、一个栈顶指针。栈顶指针指向堆栈中第一个可用的数据项（被称为栈顶）。用户可以在栈顶上方向栈中加入数据，这个操作
被称为压栈 (Push) ，压栈以后，栈顶自动变成新加入数据项的位置，栈顶指针也随之修
改。用户也可以从堆栈中取走栈顶，称为弹出栈 (pop) ，弹出栈后，栈顶下的一个元素变
成栈顶，栈顶指针随之修改。

函数调用时，调用者依次把参数压栈，然后调用函数，函数被调用以后，在堆栈中取得数据，并进行计算。函数计算结束以后，或者调用者、或者函数本身修改堆栈，使堆栈恢复原装。在参数传递中，有两个很重要的问题必须得到明确说明：当参数个数多于一个时，按照什么顺序把参数压入堆栈函数调用后，由谁来把堆栈恢复原装在高级语言中，通过函数调用约定来说明这两个问题。常见的调用约定有：

原来函数调用约定也有这么多啊，看这都有点晕了呵呵。因为这篇文章讲的是 this 指针，所以在这里我们主要讨论 thiscall 。

此时寄存器的各值如下

EAX = 00000003 EBX = 7FFDF000 ECX = 0012EE43

EDX = 00000001 ESI = 00000000 EDI = 0012EE48

EIP = 0041707A ESP = 0012ED70 EBP = 0012EE48

EFL = 00000206

察看 this 指针

>eval this

EAX = 00000006 EBX = 7FFDF000 ECX = 0012ED70

EDX = 00000006 ESI = 00000000 EDI = 0012EE48

EIP = 0041708E ESP = 0012ED70 EBP = 0012EE48

EFL = 00000212

察看 this 指针

>eval this

到现在，我们对 this 得了解还说不上深入了解。简单得说 this 就是指向对象自身的一个指针，讨论这么多其实就是想了解 this 在反编译阶段是如何传递运行得。也许就 this 的了解我们就可以基于以上讨论已经足够了。但是 this 的应用并不简单的就是这些内容，比如在 ATL 中，就有专门函数用来保存回复 this 指针的策略；我们在重载 operator= 也需要通过 this 判断赋值等号两边对象，是否指向同一个对象。

关于指针 ：指针和其它变量（ int ， char 等）一样，在声明后会在内存中申请内存空间，存储在在程序的堆栈上，大小一般都是一个机器字的长度（比如在 32 位机上是 4 个字节）。简单的说指针是指向内存中地址的变量，可以是数据的地址也可以是函数的地址。 一句话： 指针是一种用于储存“另外一个变量的地址”的变量 。或者拆成两句：指针是一个变量，它的值是另外一个变量的地址。

参考资料

孙晓涛等《 Windows 高级编程》西北工业大学出版社（ 1997 年 10 月 西安）

逸学堂《关于 this 指针的深入探讨》 CSDN

《 C ＋＋编程思想》

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