C/C++函数调用的几种方式及函数名修饰规则以及c++为什么不允许重载仅返回类型不同的函数

2022-04-12 07:09:57

我们知道，调用函数时，计算机常用栈来存放函数执行需要的参数，由于栈的空间大小是有限的，在windows下栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，windows下栈的大小是2M（也有的说是1M），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。

在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

在参数传递中，有两个重要的问题必须要明确说明：

1. 当参数个数多于一个时，按照什么顺序把参数压入堆栈；

2. 函数调用后，由谁来把堆栈恢复原状。

在高级语言中，就是通过函数的调用方式来说明这两个问题的。常见的调用方式有：

stdcall

cdecl

fastcall

thiscall

naked call

下面就分别介绍这几种调用方式：

1. stdcall

stdcall调用方式又被称为Pascal调用方式。在Microsoft C++系列的C/C++编译器中，使用PASCAL宏，WINAPI宏和CALLBACK宏来指定函数的调用方式为stdcall。

stdcall调用方式的函数声明为：

int _stdcall function(int a, int b);

stdcall的调用方式意味着：

（1） 参数从右向左依次压入堆栈

（2） 由被调用函数自己来恢复堆栈

（3） 函数名自动加前导下划线，后面紧跟着一个@,其后紧跟着参数的尺寸

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上面那个函数翻译成汇编语言将变成：

push b 先压入第二个参数

push a 再压入第一个参数

call function 调用函数

在编译时，此函数的名字被翻译为_function@8

2. cdecl

cdecl调用方式又称为C调用方式，是C语言缺省的调用方式，它的语法为：

int function(int a, int b) // 不加修饰符就是C调用方式

int _cdecl function(int a, int b) // 明确指定用C调用方式

cdecl的调用方式决定了：

（1） 参数从右向左依次压入堆栈

（2） 由调用者恢复堆栈

（3） 函数名自动加前导下划线

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由于是由调用者来恢复堆栈，因此C调用方式允许函数的参数个数是不固定的，这是C语言的一大特色。

此方式的函数被翻译为：

push b // 先压入第二个参数

push a // 在压入第一个参数

call funtion // 调用函数

add esp, 8 // 清理堆栈 。。。。。需要熟悉一下esp寄存器的功能，建议看一下汇编有关的书，基本都有讲

在编译时，此方式的函数被翻译成：_function

3. fastcall

fastcall 按照名字上理解就可以知道，它是一种快速调用方式。此方式的函数的第一个和第二个DWORD参数通过ecx和edx传递，

后面的参数从右向左的顺序压入栈。

被调用函数清理堆栈。

函数名修个规则同stdcall

其声明语法为：

int _fastcall function(int a, int b);

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4. thiscall

thiscall 调用方式是唯一一种不能显示指定的修饰符。它是c++类成员函数缺省的调用方式。由于成员函数调用还有一个this指针，因此必须用这种特殊的调用方式。

thiscall调用方式意味着：

参数从右向左压入栈。

如果参数个数确定，this指针通过ecx传递给被调用者；如果参数个数不确定，this指针在所有参数压入栈后被压入栈。

参数个数不定的，由调用者清理堆栈，否则由函数自己清理堆栈。

可以看到，对于参数个数固定的情况，它类似于stdcall，不定时则类似于cdecl。

5. naked call

是一种比较少见的调用方式，一般高级程序设计语言中不常见。

函数的声明调用方式和实际调用方式必须一致，必然编译器会产生混乱。

函数名字修改规则：

1. C编译时函数名修饰约定规则：

__stdcall调用约定在输出函数名前加上一个下划线前缀，后面加上一个“@”符号和其参数的字节数，格式为_function@8。

__cdecl调用约定仅在输出函数名前加上一个下划线前缀，格式为_function。

__fastcall调用约定在输出函数名前加上一个“@”符号，后面也是一个“@”符号和其参数的字节数，格式为@function@8。

它们均不改变输出函数名中的字符大小写，这和PASCAL调用约定不同，PASCAL约定输出的函数名无任何修饰且全部大写。

2. C++编译器的函数名修饰规则  以上的截图为c++

C++的函数名修饰规则有些复杂，但是信息更充分，通过分析修饰名不仅能够知道函数的调用方式，返回值类型，参数个数甚至参数类型。

不管__cdecl，__fastcall还是__stdcall调用方式，函数修饰都是：? + 函数的名字 + 参数表的开始标识 + 按照参数类型代号拼出的参数表。

参数表的开始标识：

对于__stdcall方式是“@@YG”，

对于__cdecl方式是“@@YA”，

对于__fastcall方式是“@@YI”。

参数表的拼写代号如下所示：

X--void

D--char

E--unsigned char

F--short

H--int

I--unsigned int

J--long

K--unsigned long（DWORD）

M--float

N--double

_N--bool

U--struct

....

指针的方式有些特别，用PA表示指针，用PB表示const类型的指针，后面的代号表明指针类型，如果相同类型的指针连续出现，以“0”代替，一个“0”代表一次重复。

U表示结构类型，通常后跟结构体的类型名，用“@@”表示结构类型名的结束。

函数的返回值不作特殊处理，它的描述方式和函数参数一样，紧跟着参数表的开始标志，也就是说，函数参数表的第一项表示函数的返回值类型。

参数表后以“@Z”标识整个名字的结束，如果该函数无参数，则以“Z”标识结束。

下面举两个例子，假如有以下函数声明：

int Function1 (char *var1,unsigned long);

其函数修饰名为“?Function1@@YGHPADK@Z”，

而对于函数声明：

void Function2();

其函数修饰名则为“?Function2@@YGXXZ” 。

对于C++的类成员函数（其调用方式是thiscall），函数的名字修饰与非成员的C++函数稍有不同，

首先就是在函数名字和参数表之间插入以“@”字符引导的类名；

其次是参数表的开始标识不同，public成员函数的标识是“@@QAE”；protected成员函数的标识是“@@IAE”；private成员函数的标识是“@@AAE”，

如果函数声明使用了const关键字，则相应的标识应分别为“@@QBE”，“@@IBE”和“@@ABE”。

如果参数类型是类实例的引用，则使用“AAV1”，对于const类型的引用，则使用“ABV1”。

下面就以类CTest为例说明C++成员函数的名字修饰规则：

class CTest

{

......

private:

void Function(int);

protected:

void CopyInfo(const CTest &src);

public:

long DrawText(HDC hdc, long pos, const TCHAR* text, RGBQUAD color, BYTE bUnder, bool bSet);

long InsightClass(DWORD dwClass) const;

......

};

对于成员函数Function，其函数修饰名为“?Function@CTest@@AAEXH@Z”，字符串“@@AAE”表示这是一个私有函数。

成员函数CopyInfo只有一个参数，是对类CTest的const引用参数，其函数修饰名为“?CopyInfo@CTest@@IAEXABV1@@Z”。（#add 末尾怎么有两个@？）

DrawText是一个比较复杂的函数声明，不仅有字符串参数，还有结构体参数和HDC句柄参数，需要指出的是HDC实际上是一个HDC__结构类型的指针，这个参数的表示就是“PAUHDC__@@”，其完整的函数修饰名为“?DrawText@CTest@@QAEJPAUHDC__@@JPBDUtagRGBQUAD@@E_N@Z”。

InsightClass是一个public const函数，它的成员函数标识是“@@QBE”，完整的修饰名就是“?InsightClass@CTest@@QBEJK@Z”。

无论是C函数名修饰方式还是C++函数名修饰方式均不改变输出函数名中的字符大小写，这和PASCAL调用约定不同，PASCAL约定输出的函数名无任何修饰且全部大写。

class A{

public:

A():num(0){}

void func()

};

假设你有两个返回值不同的函数，比如  
int getvalue(viod) {return value1;}
float  getvalue(viod)  {return value;}
那么当你去调用他们的时候，由于你调用的时候
写的是 
getvalue();
于是你的编译器就无法知道 你调用的是上面哪个 函数（因为两个函数都不用传参数，编译器无法区分它们）， 所以就会报错。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
如果你写成这样  （函数重载）
int getvalue(int i, int j) {return value1;}..................1
float  getvalue(viod)  {return value;}......................2
那么当你当你调用
 getvalue()编译器就会知道 你调用的是第2个函数
getvalue(2, 3) 编译器就会知道 你调用的是第1个函数
就不会出错了。

总结：重构仅返回类型不同的函数不允许，c++程序中函数都会有一个唯一的修饰函数名，之所以说它唯一，是因为此修饰过的函数名因函数名，（所在类或所在空间），（访问级别），返回值，参数值不同而不同。因此函数调用时便会根据具体的调用环境找到与之对应的修饰过的函数名。

脉络：函数调用时发生什么？->五种调用方式调用时入栈，销毁栈操作->最常用的_cbecl 和thiscall调用，掌握其修饰规则，并结合理解重构函数，类成员函数。

从上节的分析中可以看出，对象的内存中只保留了成员变量，除此之外没有任何其他信息，程序运行时不知道 stu 的类型为 Student，也不知道它还有四个成员函数 setname()、setage()、setscore()、show()，C++ 究竟是如何通过对象调用成员函数的呢？

C++函数的编译

C++和C语言的编译方式不同。C语言中的函数在编译时名字不变，或者只是简单的加一个下划线_（不同的编译器有不同的实现），例如，func() 编译后为 func() 或 _func()。

而C++中的函数在编译时会根据它所在的命名空间、它所属的类、以及它的参数列表（也叫参数签名）等信息进行重新命名，形成一个新的函数名。这个新的函数名只有编译器知道，对用户是不可见的。对函数重命名的过程叫做名字编码（Name Mangling），是通过一种特殊的算法来实现的。

Name Mangling 的算法是可逆的，既可以通过现有函数名计算出新函数名，也可以通过新函数名逆向推演出原有函数名。Name Mangling 可以确保新函数名的唯一性，只要函数所在的命名空间、所属的类、包含的参数列表等有一个不同，最后产生的新函数名也不同。

如果你希望看到经 Name Mangling 产生的新函数名，可以只声明而不定义函数，这样调用函数时就会产生链接错误，从报错信息中就可以看到新函数名。请看下面的代码：

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. void display();
  4. void display(int);
  5. namespace ns{
  6. void display();
  7. }
  8. class Demo{
  9. public:
  10. void display();
  11. };
  12. int main(){
  13. display();
  14. display(1);
  15. ns::display();
  16. Demo obj;
  17. obj.display();
  18. return 0;
  19. }

该例中声明了四个同名函数，包括两个具有重载关系的全局函数，一个位于命名空间 ns 下的函数，以及一个属于类 Demo 的函数。它们都是只声明而未定义的函数。

在 VS 下编译源代码可以看到类似下面的错误信息：
C/C++函数调用的几种方式及函数名修饰规则以及c++为什么不允许重载仅返回类型不同的函数

小括号中就是经 Name Mangling 产生的新函数名，它们都以?开始，以区别C语言中的_。

上图是 VS2010 产生的错误信息，不同的编译器有不同的 Name Mangling 算法，产生的函数名也不一样。

__thiscall、cdecl 是函数调用惯例，有兴趣的读者可以猛击《函数调用惯例》一文深入了解。

除了函数，某些变量也会经 Name Mangling 算法产生新名字，这里不再赘述。

成员函数的调用

从上图可以看出，成员函数最终被编译成与对象无关的全局函数，如果函数体中没有成员变量，那问题就很简单，不用对函数做任何处理，直接调用即可。

如果成员函数中使用到了成员变量该怎么办呢？成员变量的作用域不是全局，不经任何处理就无法在函数内部访问。

C++规定，编译成员函数时要额外添加一个参数，把当前对象的指针传递进去，通过指针来访问成员变量。

假设 Demo 类有两个 int 型的成员变量，分别是 a 和 b，并且在成员函数 display() 中使用到了，如下所示：

  1. void Demo::display(){
  2. cout<<a<<endl;
  3. cout<<b<<endl;
  4. }

那么编译后的代码类似于：

  1. void new_function_name(Demo * const p){
  2. //通过指针p来访问a、b
  3. cout<<p->a<<endl;
  4. cout<<p->b<<endl;
  5. }

使用obj.display()调用函数时，也会被编译成类似下面的形式：

new_function_name(&obj);

这样通过传递对象指针就完成了成员函数和成员变量的关联。这与我们从表明上看到的刚好相反，通过对象调用成员函数时，不是通过对象找函数，而是通过函数找对象。

这一切都是隐式完成的，对程序员来说完全透明，就好像这个额外的参数不存在一样。

最后需要提醒的是，Demo * const p中的 const 表示指针不能被修改，p 只能指向当前对象，不能指向其他对象。

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