C++逆向分析--继承的本质

 一.一些思考

继承是面向对象的三个特性之一。这篇文章我们从底层的角度去理解什么是继承。他的作用是什么。首先继承的出现是更好的避免代码的重复冗余。要理解一件事很重要，C++其实是C的延申。那么C++的出现是为了解决C语言上C++祖师爷认为不友好的事情，也为了简化代码的复杂度，将更多的事情交给编译器去做，而不是程序员自己本身。举个例子，C++在类的创建和释放的过程中，会自动调用构造函数和析构函数，这是上一篇文章提到的C语言没有这个功能。那么C语言难道就做不到了吗，其实不然，C语言可以自己显示的调用函数，来模拟完成构造函数和析构函数。所以说面向对象是一种编程思想，而不是代码本身的特性。关于这一点的理解是我研究C程序中glibc对程序的初始化和程序的退出时的函数调用链思考而得。本质上其实就是在做构造函数和析构函数的工作。有了这个思考，那么继承的出现我们也能去思考。

二.继承是什么

C++在定义一些类的时候，我们很可能会发现有些共同的特性，也就是相当的数据字段。比如说：

创建一个学生类：

class Student{
    public:
        sting name;
        int age;
        float height;
        int class_num;
};

比如我创建一个学生类，有姓名年龄身高班级。

创建一个老师类：

class Teacher{
    public:
        string name;
        int age;
        float height;
        float wages;

};

现在我们又创建一个老师类，依然是有四个成员属性。但是我们发现，有三个属性是相同的，如果写两份会显得很臃肿，于是继承就出现了。我们写一个大家公有的类，那么需要的时候直接继承就会显的很高逼格：

class Person {
public:
    string name;
    int age;
    int height;
    

};

class Student :public Person {
public:
    int class_num;
};

class Teacher :public Person {
public:
    int wages;
};

我们看到将公有的属性提取出来，并且自身独有的依然在自己的类中。现在我们分别创建一个学生对象和老师对象，看看能不能访问公有的成员：

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我们看到是没有问题的。下面我们看看汇编是如何执行的：

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由于字符串还需要做些特殊处理，我们只看数字赋值，我们发现在创建的类中，确实有Person字段的赋值，因为rbp-0x80的位置就是s1对象的起始位置。也就是this指针。布局相当于这样：

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相应的老师对象的创建赋值也是一样的过程

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因此我们知道了父类也就是基类，在继承的时候布局是这样的：

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因此我们可以明白，在继承的时候，父类和子类独有的属性将组合成一个新的类，新的对象的首地址其实是指向父类的。因此就引出了一个新的概念：既然如此我如果用父类对象的指针指向一个子类对象，和一个子类对象指针指向子类岂不是一样的吗，确实如此。我们写一个demo测试下：

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经过我们的测试发现确实是这么回事。那么他们有什么区别呢？很显然是访问成员的限制，用父类创建的指针只能访问父类的成员，用子类创建的指针能够访问全部成员。也可以这么理解把，父亲会的儿子也会，父亲不会的儿子也会。可能这就是青出于蓝胜于蓝的代码体现吧。实验下是否是这样：（这里我用linux测试的，其实是一样的）

    Student s1;
    s1.name = "Chenweixin";
    s1.age = 1;
    s1.height= 2;
    s1.class_num = 2;
    
    Teacher t1;
    t1.name = "Guozhiwei";
    t1.age = 1;
    t1.height = 1;
    t1.wages = -250;
    
    Student* p1 = &s1;
    Person* p2 = &s1;

    cout <<"Person->name="<name<<"Person->age="<age<<"Person->height=" <height<< endl;
    cout <<"Student->name="<name<<"Student->age="<age<<"Student->height=" <height<< endl;

此时我们通过指针去访问父类成员看看是不是一样的：

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我们看到没有任何问题，那接着父类能访问子类的成员吗，答案是否定的，父类都没有子类的成员如何去访问：此时我加了一句p2->class_num看看能不能通过父类指针找到子类成员：

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我们发现报错了。告诉我们没有成员叫class_num。但是其实这是编译器做的限制，我们很清楚其实在height成员下面就是class_num成员，只不过父类指针是没有权限去访问的。子类对象指针就不会出现这种问题：

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因此我们可以总结如下：

                继承的本质就是数据的复制， 当发生继承的时候，将父类的模板和子类独有的模板合二为一，这个过程是编译器做的。那么对象创建成功后，就会有这么模板的完全体。this指针指向的其实是父类的对象，不管用父类指针访问还是子类指针访问都是一样的。只不过父类指针只能访问父类中的成员，子类能够访问全部成员。多重继承的效果也是一样的。用个现代化术语来说谁是老祖宗谁排在前面。因此发生多重继承的时候，最开始的地方是第一个父类，以此类推，完全体是依然是子类。

希望通过这篇博客能加深自己对继承的理解。