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c++ - 如何从 C++ vtable 中获取指针？

coder 2023-06-02 原文

假设你有一个像这样的 C++ 类:

class Foo {
 public:
  virtual ~Foo() {}
  virtual DoSomething() = 0;
};

C++ 编译器将调用转换为 vtable 查找:

Foo* foo;

// Translated by C++ to:
//   foo->vtable->DoSomething(foo);
foo->DoSomething();

假设我正在编写一个 JIT 编译器，并且我想获取 Foo 类的特定实例的 DoSomething() 函数的地址，因此我可以生成直接跳转到它的代码，而不是进行表查找和间接分支。

我的问题是:

  1. 是否有任何标准的 C++ 方法可以做到这一点(我几乎可以肯定答案是否定的，但为了完整起见想问一下)。

  2. 是否有任何远程独立于编译器的方式来执行此操作，例如某人已经实现的库，它提供了用于访问 vtable 的 API？

我对黑客完全开放，如果他们能工作的话。例如，如果我创建了自己的派生类并且可以确定它的 DoSomething 方法的地址，我可以假设 vtable 是 Foo 的第一个(隐藏的)成员并搜索它的 vtable 直到找到我的指针值。但是，我不知道获取此地址的方法:如果我编写 &DerivedFoo::DoSomething 我会得到一个指向成员的指针，这是完全不同的。

也许我可以将指向成员的指针转换为 vtable 偏移量。当我编译以下内容时:

class Foo {
 public:
  virtual ~Foo() {}
  virtual void DoSomething() = 0;
};

void foo(Foo *f, void (Foo::*member)()) {
  (f->*member)();
}

在 GCC/x86-64 上，我得到这个程序集输出:

Disassembly of section .text:

0000000000000000 <_Z3fooP3FooMS_FvvE>:
   0:   40 f6 c6 01             test   sil,0x1
   4:   48 89 74 24 e8          mov    QWORD PTR [rsp-0x18],rsi
   9:   48 89 54 24 f0          mov    QWORD PTR [rsp-0x10],rdx
   e:   74 10                   je     20 <_Z3fooP3FooMS_FvvE+0x20>
  10:   48 01 d7                add    rdi,rdx
  13:   48 8b 07                mov    rax,QWORD PTR [rdi]
  16:   48 8b 74 30 ff          mov    rsi,QWORD PTR [rax+rsi*1-0x1]
  1b:   ff e6                   jmp    rsi
  1d:   0f 1f 00                nop    DWORD PTR [rax]
  20:   48 01 d7                add    rdi,rdx
  23:   ff e6                   jmp    rsi

我不完全理解这里发生了什么，但如果我可以对此进行逆向工程或使用 ABI 规范，我可以为每个单独的平台生成一个类似上述的片段，作为从虚表。

最佳答案

首先，类类型有一个 vtable。该类型的实例有一个指向 vtable 的指针。 这意味着如果一个类型的 vtable 的内容发生了变化，那么该类型的所有实例都是 做作的。但是特定实例可以更改其 vtable 指针。

没有从实例中检索 vtable 指针的标准方法，因为它依赖于编译器的实现。看到这个post更多细节。 然而，G++ 和 MSVC++ 似乎按照 wikipedia 中的描述来布局类对象。 . 类可以有指向多个 vtable 的指针。为了简单起见，我将谈论 只有一个 vtable 指针的类。

要从 vtable 中获取函数的指针，可以这样简单地完成:

int* cVtablePtr = (int*)((int*)c)[0];
void* doSomethingPtr = (void*)cVtablePtr[1];

其中 c 是此类定义的 C 类的实例:

class A
{
public:
    virtual void A1() { cout << "A->A1" << endl; }
    virtual void DoSomething() { cout << "DoSomething" << endl; };
};

class C : public A
{
public:  
    virtual void A1() { cout << "C->A1" << endl; }
    virtual void C1() { cout << "C->C1" << endl; }
};

在这种情况下，C 类只是一个结构，其第一个成员是指向 vtable 的指针。

在 JIT 编译器的情况下，可能会缓存 通过重新生成代码在 vtable 中查找。

起初，JIT 编译器可能会生成:

void* func_ptr = obj_instance[vtable_offest][function_offset];
func_ptr(this, param1, param2)

既然 func_ptr 是已知的，JIT 可以杀死旧代码并且简单地 将该函数地址硬编码到编译后的代码中:

hardcoded_func_ptr(this, param1, param2)

我应该注意的一件事是，虽然您可以覆盖实例 vtable 指针，但并不总是可以覆盖 vtable 的内容。例如，在 Windows 上，vtable 被标记为只读内存，但在 OS X 上，它是读/写的。因此，在尝试更改 vtable 内容的 Windows 上，除非您使用 VirtualProtect 更改页面访问权限，否则将导致访问冲突。 .

关于c++ - 如何从 C++ vtable 中获取指针？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/5099967/

amp43vtablecodeDoSomethingc++cross-platform

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