基礎備忘：對象的傳值與返回

說起函數，就不免要談談函數的參數和返回值。一般的，我們習慣把函數看作一個處理的封裝（比如黑箱），而參數和返回值一般對應著處理過程的輸入和輸出。這種情況下，參數和返回值都是值類型的，也就是說，函數和它的調用者的信息交流方式是用過數據的拷貝來完成，即我們習慣上稱呼的“值傳遞”。但是自從引入了“引用”的概念后，函數的傳統模型就不再那么“和諧”了。引用的傳遞可以允許函數和調用者共享數據對象，它們之間的信息交流不再使用信息拷貝的方式，而是使用更有效率的信息共享的方式，引用導致函數的參數并有輸入和輸出的雙重功能。然而，事物總有兩面性，信息共享帶來方便的同時也帶來了一定的不安全性。我們這里并不討論函數的使用和設計，我們關注與函數參數和返回值的傳遞方式。

對于內置數據類型的參數和返回值，函數實際參數的傳遞一般是通過壓棧完成，函數執行時會從棧內取出參數的值進行計算。在32處理器上，push指令一次只能壓入4個字節的數據，那么對于long long就需要兩次壓棧指令了，而double類型參數就需要sub esp,8結合mov指令完成參數進棧的操作。函數帶有返回值時，若返回值不大于4字節，則會把返回值存儲在eax寄存器中，而long long類型返回值回保存在edx:eax寄存器中，double類型的數據會被協處理器棧保存。

相對于內置類型的參數傳遞和返回值，對象的傳值和返回可能更復雜一點。當然，如果使用對象的引用或者指針作為參數傳遞和返回值的方式，這里和上述的內置類型并無多大區別，因為指針總是4個字節。如果不使用引用和指針，單純傳遞純粹的對象時，編譯器會如何處理呢？

為此，我們定義一個簡單的類A，為了防止編譯器對我們的代碼優化處理（參考我的前一篇博文），我們自己定義構造函數、復制構造函數和賦值運算符重載函數。

class A

{

int x;

int y;

int z;

public:

A(){}

A(const A&a)

{

x=a.x;

y=a.y;

z=a.z;

}

const A&operator=(const A&a)

{

x=a.x;

y=a.y;

z=a.z;

}

};

定義一個簡單的具有對象參數和返回值的函數，以及測試代碼。

A fun(A x)

{

return x;

}

A a;

a=fun(a);

試想一下，如果A不是自定義類型，而是int類型的話，這段測試代碼會有怎樣的效果。

mov eax,[a];//取出a的值

push eax;//a值進棧

call fun;//調用fun

add esp,4;//恢復棧指針

mov [a],eax;//返回值寫入a

;//而fun內部無非也是把參數x的值寫入eax，然后返回而已。

mov eax,[a]

ret

事實是這樣的嗎？我們看一下VS2010的反匯編。

和我們的預期完全一致！

現在，我們回到對象的問題上來。由于對象是值傳遞方式，因此，對象傳遞之前需要進行一次對象拷貝（從原對象到實參）。函數調用結束后還需要將返回值對象進行一次拷貝。我們看看VS2010的處理方式。

對象a定義是需要調用它的構造函數A::A(0A1112Ch)。

對象A包含三個整形數據成員，因此它的大小是12（0x0C）字節。sub esp,0Ch正是開辟12個字節存儲從對象a拷貝出來的12字節數據。

mov ecx,esp記錄了被拷貝的參數對象的地址（this指針），push eax壓入的是a的地址，也就是拷貝構造函數調用時參數對象的地址（引用）。拷貝構造函數（A::A(0A11131h)）會把a地址記錄的對象數據拷貝到ecx記錄的this對應的參數對象內。調用結束后，使用ret 4指令將剛才壓入的a的地址彈出棧，這樣棧頂保存著完整參數對象（剛才開辟的12個字節）。這樣參數對象被完整的復制出來了。

push ecx壓入了內存地址ebp-58h，這個地址既不是a的地址，也不是拷貝出參數對象的地址，而是要保存返回對象的地址！調用fun之前將該地址壓棧，就是為了保存fun處理結束后的返回值對象。fun調用結束后將esp指針恢復了16字節，正好是參數對象的大?。?2字節）加上返回值對象的地址（4字節）之和！要獲得fun的返回值，直接訪問eax即可，因為它保存著返回值對象的地址（ebp-58h）！

最后一步是對象的賦值，這里需要調用對象的賦值運算符重載函數。而參數正是剛才fun調用結束后eax的值，因為它存儲了返回值對象的地址。ecx記錄this指針，正是被賦值對象的地址（a的地址）。賦值運算符重載函數調用結束后，完成返回值對象的賦值操作。

按照編譯器產生的fun函數的語義，我們使用高級語言可以將它的意思描述如下。

A a;//定義a

a.A();//默認構造

A x;//開辟x的12字節空間

x.(a);//對象復制到實際參數

A*pret=&ret;//取返回值對象地址(已經開辟過了)

fun(pret,x);//傳遞返回值指針pret和參數對象x

a=*pret;//把返回值對象賦值給對象a

//這樣原本fun的函數形式就有所變化了。

void fun(A*pret,A x)

{

pret->A(x);//將返回值拷貝到返回值對象內

return;//啥也不返回了

}

我們看一下fun的匯編代碼。

參數對象的地址被x記錄了下來，ebp+8記錄的正是函數第一個參數的內容，即返回值對象的地址！在拷貝構造函數調用之前，ecx保存的this指針正是返回值對象的，進棧的參數是x的地址，和我們預期的一樣！

因此，我們可以針對對象的傳值和返回得出如下結論：

1.?對象參數傳遞之前需要進行一次對象拷貝，將原對象的內容完整的拷貝到參數對象內部，函數執行時訪問的是參數對象，而不是原對象。

2.?對象返回時，也需要將函數處理的結果進行一次對象拷貝，不過被拷貝的返回值對象內存已經在函數調用之前已經開辟出來了，函數只需要記錄它的地址即可，然后調用拷貝構造函數初始化它。

3.?函數調用結束后，eax保存了返回值對象的地址，供調用者使用。

通過本文的描述，相信讀者對對象作為函數參數和返回值時，編譯器的內部處理機制有個更清晰的了解。

延伸閱讀：

http://blog.csdn.net/zyearn/article/details/9709041

http://tieba.baidu.com/p/1967981445

面向對象編程

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