CPU眼里的:this 指针_编码文章

“用CPU的视角解读this指针的实现原理，看看成员函数背后的秘密”

提出问题

在C++的编程实践中，我们经常遇到this指针。它让类（class）的成员函数，可以在函数内部，直接访问类的成员变量，这让类（class）成功实现了数据和函数方法的有效集成，彻底让类（class）和结构体（struct）区别开来。可以说this指针，是面向对象不可或缺的技术基石。

但同时这个this指针也像个幽灵，你说它存在吧，你不知道它从哪里来，到哪里去；你说它不存在吧，任何一个成员函数，都可以凭空变出一个this指针出来，如下面的代码所示：

class A
{
public:
    A* mFunc()
    {
        return this;
    }
};

虽然很多书籍都对this指针作了解释，阿布也尊重任何版本的解释。但今天，我们只从CPU的视角，再来看看这个问题。或许，你会发现：this指针，比想象中要简单、通透许多。

this的产生和传递

打开Compiler Explorer，编写一个世界上最简单的类；再编写一个世界上最简单的成员函数mFunc；然后，我们再写一个世界上最简单的普通函数func；最后，写一个main函数，作一下函数调用，如图所示。

让我们对比一下成员函数和普通函数，看看它们到底有什么区别？

老规矩，你不需要知道汇编指令的意思，我们只比较它们的差异。如你所见，它们的汇编指令完全相同，成员函数跟带参数（thisPointer）的普通函数func在实现细节上是完全一致的。

所以，我们猜：成员函数，应该存在一个“隐藏”的参数，它就是：this指针。现在，你知道this指针是如何凭空产生的吗？this指针是每一个成员函数必备的默认参数，只是C++语法规则，将它隐藏起来了而已。

那是谁给成员函数，输入这个this指针呢？让我们再看看调用部分，如图所示。

显然，调用成员函数与调用普通函数的CPU指令，又是完全一致！所以，从CPU的视角上看：输入this指针，就是输入对象a的内存地址。

当对象调用成员函数时，都会把自己的内存首地址，也就是所谓的this指针，通过CPU寄存器rdi，传递给成员函数。参数传递的具体细节，还可以参看"CPU眼里的：参数传递"。

所以，现在你明白为什么类（class）的成员函数可以访问成员变量了吧，因为成员函数，一旦获得了类对象的内存首地址（this指针），通过适当的偏移，就可以访问相应的成员变量了。如图所示：

其中CPU寄存器rax保存的就是this指针（类对象的内存首地址），以this指针为基准，做0个字节偏移，就是成员变量x的内存首地址；做8个字节偏移，就是成员变量y的内存首地址。

当然，需要注意的是，类（class）的静态成员变量，不是通过this指针，加上一定的偏移来访问的；相反，类（class）的静态成员变量，跟普通的全局变量、静态变量一样，往往有一个独立、固定的内存地址，具体可以参看"CPU眼里的static、global和local"

不一样的this指针

但需要注意的是：this指针不是普通的指针变量，它没有明确的内存存储空间，它的值，可能保存在CPU寄存器里面、堆栈里面，甚至代码段中，具体可以查看章节“CPU眼里的：右值”。跟右值一样，我们也不能对this进行赋值操作，例如：

this = nullptr;

但它又能像普通指针变量一样做间接引用，例如：return *this；同样，在没有完全掌握对象生命周期的情况下，贸然传递和销毁this指针，也可能产生内存泄漏、或运行错误，例如：

delete this;

当然这些都是语法规则上面的约定，只要我们能清楚的了解this所代表的信息，明确this所指向的对象是谁，以及this参数产生、传递的过程，我们就可以有效的驾驭它。

总结

阿布很欣赏 this 这种简洁的语法操作。但如果能大方的承认，成员函数都会多一个隐藏参数this，这样，会不会更清晰呢？

热点问题

Q1：this指针的传递，在x86平台上，好像是通过ecx寄存器完成的。

A1：是的，不同平台，不同编译器，不同的调用约定，对参数传递的方式略有不同，但大多都是通过寄存器传递，至于选择什么寄存器，原则上可以随意发挥，但不同编译器，会有自己不同的规则。不过，天下武功，殊途同归，它们要作的事情都是一样的。

Q2：this指针是不是就相当于python的self，只是C++把this参数，省略了？

A1：十分赞同你的思考。很多编程语言，它们都有相似的使用方法和实现逻辑。C/C++更加偏向底层，这也让我们有机会用CPU的视角，细致的观察它的运行细节。

更多知识

如果喜欢阿布这种解读方式，希望更加系统学习这些编程知识的话，也可以考虑看看由阿布亲自编写，并由多位微软大佬联袂推荐的新书《CPU眼里的C/C++》

CPU眼里的:this 指针