阿里笔试题-修改虚函数表指针

https://www.zhihu.com/question/29256578/answer/43725188

一道阿里实习生笔试题的疑惑？

问题：
#include <iostream>
using namespace std;
class animal
{
protected:
    int age;
public:
    virtual void print_age(void) = 0;
};
class dog : public animal
{
public:
       dog() {this -> age = 2;}
       ~dog() { }
       virtual void print_age(void) {cout<<"Wang, my age = "<<this -> age<<endl;}
};
class cat: public animal
{
public:
    cat() {this -> age = 1;}
    ~cat() { }
    virtual void print_age(void) {cout<<"Miao, my age = "<<this -> age<<endl;}
};
int main(void)
{
     cat kitty;
     dog jd;
     animal * pa;
     int * p = (int *)(&kitty);
     int * q = (int *)(&jd);
    p[0] = q[0];
    pa = &kitty;
    pa -> print_age();
    return 0;
}

输出是：

Wang, my age = 1

今天线上笔试遇到的一道题，很好奇,这几句：

int * p = (int *)(&kitty);
int * q = (int *)(&jd);
p[0] = q[0];

这是为什么呢？
--------------------------------------------------------------------------------
确实是：

p[0] = q[0];

我没有记错。

当时读题时，看到 基类，派生类，虚函数，，我就猜到肯定是要考 多态，虚函数表这些知识，
当时就是对这句挺疑惑：

p[0] = q[0];

因为这句可能会修改虚函数表，但也不一定阿，因为时间比较紧，就赌了一把，认为虚函数表被修改了。
所以笔试完了，就挺困惑，宿舍熄灯后，怎么也睡不着，就拿到知乎上，想问问各位。

说实话，真的很感谢 @蓝色 大大，这么晚还回答了

这个是昨天笔试完，晚上11点左右提的，不能算我笔试违规吧？ T_T

好吧，我也不匿名了，感觉匿名不好，不懂就问，为啥要匿名。
我不是 陈浩大大，只是个普通院校 大三 计算机科班生。

 

解答：

作者：RednaxelaFX
链接：https://www.zhihu.com/question/29256578/answer/43725188
来源：知乎
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首先

@蓝色

大大的答案已经把思路说得很清楚了。这是个hack，不是C++语言规范所保证的行为，而是某些C++编译器采用的C++ ABI的行为。

放个传送门：为什么bs虚函数表的地址（int*）(&bs)与虚函数地址（int*）*(int*)(&bs) 不是同一个？ - RednaxelaFX 的回答

其次，这代码不但依赖某些C++编译器的行为，还依赖平台的指针宽度是32位。

int * p = (int *)(&kitty);
int * q = (int *)(&jd);
p[0] = q[0];

这几句不应该用int*，而应该用intptr_t*才对。这样才能保证拷贝的是一个指针宽度的数据，而不是一个int宽度的数据。

• 在32位平台上，int通常是32位，而指针是32位，所以正好匹配了，程序能正常运行；
• 在64位平台上，如果是流行的LP64模型，int是32位而指针是64位，这里实际上只拷贝了指针的一半，程序能否正常运行就看运气了。

如果是在一个64位且小端（little endian）的平台上，那这代码拷贝的是指针的低32位。很可能会运气好能正常运行，因为dog类与cat类的vtable可能正好在内存里处于很近的位置，它们的地址的高32位可能正好相同，地址不同的地方都在低32位，这样这个程序就运气好能正常运行。
如果是在一个64位且大端（big endian）的平台上，那这段代码拷贝的是指针的高32位，那就完全达不到效果了。

不知道谁出的这种题⋯
或者题主把题目的细节记错了。
后面有回答说原本的笔试题不是p[0] = q[0]，而是p[1] = q[1]。如果是这样的话那仍然只能在32位平台上能行，在64位平台上就纱布了。

再次，这种题还有很多玩法。例如说一种简单的玩法是像这样：

#include <iostream>
using namespace std;

class animal
{
protected:
  int age_;
  animal(int age): age_(age) { }

public:
  virtual void print_age(void) = 0;
  virtual void print_kind() = 0;
  virtual void print_status() = 0;
};

class dog : public animal
{
public:
  dog(): animal(2) { }
  ~dog() { }

  virtual void print_age(void) {
    cout << "Woof, my age = " << age_ << endl;
  }

  virtual void print_kind() {
    cout << "I'm a dog" << endl;
  }

  virtual void print_status() {
    cout << "I'm barking" << endl;
  }
};

class cat : public animal
{
public:
  cat(): animal(1) { }
  ~cat() { }

  virtual void print_age(void) {
    cout << "Meow, my age = " << age_ << endl;
  }

  virtual void print_kind() {
    cout << "I'm a cat" << endl;
  }

  virtual void print_status() {
    cout << "I'm sleeping" << endl;
  }
};

void print_random_message(void* something) {
  cout << "I'm crazy" << endl;
}

int main(void)
{
  cat kitty;
  dog puppy;
  animal* pa = &kitty;

  intptr_t* cat_vptr = *((intptr_t**)(&kitty));
  intptr_t* dog_vptr = *((intptr_t**)(&puppy));

  intptr_t fake_vtable[] = {
    dog_vptr[0],         // for dog::print_age
    cat_vptr[1],         // for cat::print_kind
    (intptr_t) print_random_message
  };
  *((intptr_t**) pa) = fake_vtable;

  pa->print_age();    // Woof, my age = 1
  pa->print_kind();   // I'm a cat
  pa->print_status(); // I'm crazy

  return 0;
}

直接整个vtable伪造出来然后想往里面填啥就填啥。

至于有没有实际应用使用了题主原本写的那种代码，还真有。（但这么用的都该拖出去打pp⋯

例如说Oracle/Sun JDK / OpenJDK里的HotSpot VM，在PermGen Removal之前，有一类叫klassOopDesc的对象是由GC管理的，但里面还嵌套包含一个Klass的子类对象，而Klass类有vptr。为了能正确管理klassOopDesc里嵌套的Klass的vptr，就有了这么个奇葩的东西：
class Klass_vtbl
好同学们请不要学这种例子⋯这个奇葩的结构在PermGen Removal后就移除了嗯。