Lab 2. 访问C++类中的私有成员

[ Lab截止时间:2024年3月12日前 ]

在本Lab中，你需要在类作用域外访问类中的私有成员变量和私有成员函数，在这个Lab中你会应用C++类布局相关知识。

0x0 环境准备

1. 更新LabEnv，更新docker环境。请参考Lab1 B部分 第8小节内容

2. 检查docker container是否正常运行

   1. sudo docker start pore_image启动docker容器

   2. sudo docker exec -it pore_image bash进入docker容器

3. 进入虚拟机中对应路径cd ~/pore24/pore_XXXXX，其中pore_XXXXX需替换为pore_自己学号

4. 使用git指令git pull origin master拉取本Lab的题目环境，或参考Lab1。git仓库目录应包含release_lab2,目录结构如下

release_lab2
└── source.cpp

可能会用到的C++知识

// 在C++中定义函数指针
// 定义func为函数指针类型，其参数为(int, double)，返回值类型为int
typedef int(*func)(int, double);
// 使用强制类型转换转换为函数指针类型
func f = (func)xxx;
// 调用函数指针，与正常函数指针调用一致
int result = f(1, 0.0);

hint:

// 在C++中可以使用基值+偏移来访问数据
int a[100] = {0};
a[15] = 100;
// 例如访问a[15]，其相对于a[0]的偏移为15 * sizeof(int)
// 则a[15]的地址为(void*)&a[0] + 15 * sizeof(int)
// 将该指针类型转换为int*，取内容即可得到a[15]的值
int x = *(int*)((void*)&a[0] + 15 * sizeof(int));
// 输出为100 100
printf("%d %d\n", x, a[15]);

0x1 Task 1：连接qemu虚拟机 [ 20分 ]

1. 进入docker container，sudo docker exec -it pore_image bash

2. 启动qemu虚拟机，./start_vm.sh

3. 新开一个终端，使用ssh连接qemu虚拟机，命令为ssh pore@localhost -p 6666,pore账户的密码为pore

4. 在Linux虚拟机(MacOS/Linux用户使用物理机)中使用C/C++编写hello world程序，将hello_world.cpp复制到qemu虚拟机中，编译后的二进制文件能够正确输出Hello World!

示例步骤如下:

# song@song-virtual-machine:~/pore24
# 1. 在虚拟机/MacOS/Linux主机中创建hello_world.cpp，并编写hello world代码

# song@song-virtual-machine:~/pore24/LabEnv
# 2. 使用LabEnv中cp_to_qemu.sh将hello_world.cpp传输到qemu虚拟机中
./cp_to_qemu.sh ../hello_world.cpp

# 3. 使用g++编译cpp代码
g++ hello_world.cpp -o hello_world

# 4. 运行hello_world二进制程序，输出 Hello World!
# pore@localhost:~
./hello_world

提交要求

1. 使用pore用户登陆qemu虚拟机，编写HelloWorld程序，将HelloWorld程序截图放到report.docx中（10分）

2. 将在qemu虚拟机中执行二进制文件的输出截图放到report.docx中（10分）

0x2 Task 2：访问class中私有成员变量 [ 30分 ]

本任务要求在source.cpp中指定位置填写代码，在虚拟机中编译并运行，输出class A中私有变量x的值，class A成员变量的布局如下图所示。 注意： 为了避免抄袭，下发到每个同学的source.cpp中class A的结构并不相同，请同学们仔细阅读自己的代码。

class A {
public:
    explicit A(int x) { 
        this->x = x; 
    }
private:
    long long var_ivyLMpevQn; 
    short var_CFeXdNbYeH; 
    long long var_WpNAZaQlGp; 
    short var_yBOzRcicFa; 
    long long var_gOOPdhjyZT; 
    int var_JkQEaxdsta; 
    long long var_bSFxbzAwgw; 
    long long var_QaJrZhiqGP; 
    short var_jMyWTuOcRA; 
    long long var_NVLaONDQHI; 
    // 需要访问的变量
    int x;
    int var_GLcewzGkDP; 
    short var_eHbKxYIHfT; 
    short var_cZikCpZBNK; 
    int var_tUvmAqbXBX; 
    char var_BJLYjhyIUV; 
    short var_jpVZzXEMNq; 
    int var_SvjCyJCRFR; 
    long long var_pCEKFmTpvr; 
    char var_vdZSCsmAiJ; 
    short var_jpRfQRnRtx; 
    ...
};

在task2、task3中，所有代码均在main函数中编写，请注意不要修改main函数前两行初始化内容。

int main(int argc, const char** argv) {
    int passwd = std::stoi(argv[1]);
    A a(passwd);
    // Lab2 访问x变量的值
    // Write your code here... 

    // End of your code
    return 0;
}

在main函数中完成填写之后，应该达到如下效果:

提交要求

1. 在report.docx中说明class A的内存布局，需包括每个成员变量在结构体内的偏移，并说明计算过程（20分）

2. 在source.cpp的指定位置按照要求填写代码，提交source.cpp（10分）

0x3 Task 3：调用class中私有虚函数 [ 50分 ]

本任务要求在source.cpp中指定位置填写代码，在虚拟机中编译并运行，调用class A中私有成员函数getX，并将其值输出到命令行，class A成员函数的布局如下图所示。

class A {
public:
    explicit A(int x) { 
        this->x = x; 
    }
private:
    ...
    virtual int func_RoaCuOLRsg() { return x + 37; }
    virtual int func_CbYSCqggPs() { return x + 37; }
    virtual int func_auEenPaLGP() { return x + 1; }
    int func_xkJchTsfzh() { return x + 4; }
    int func_WvyefKIkMX() { return x + 46; }
    int func_tLDSVLAEAZ() { return x + 9; }
    virtual int func_HawVPAxPwU() { return x + 22; }
    int func_BbWEnymJCb() { return x + 17; }
    virtual int func_pegJDDsEeW() { return x + 10; }
    virtual int func_yMEoHSVGZr() { return x + 46; }
    
    // 需要调用的函数
    virtual int getX() { return x + 1; }
    
    virtual int func_NqOaBvpcUh() { return x + 10; }
    virtual int func_wJXmJDnLPZ() { return x + 44; }
    virtual int func_qXgYzQMODg() { return x + 6; }
    virtual int func_QzqCvTmRbp() { return x + 1; }
    virtual int func_FpmHEJTYYr() { return x + 26; }
    int func_xMJbXNchuG() { return x + 42; }
    int func_PgcBmUpaWa() { return x + 12; }
    virtual int func_aGSHfwINrO() { return x + 34; }
    virtual int func_UIlVcjSlNK() { return x + 23; }
    int func_XrSYAbIjLT() { return x + 18; }
};

注意： 题目中getX成员函数一定是虚函数 在main函数中完成填写之后，应该达到如下效果:

提交要求

1. 在report.docx中解析调用私有函数getX的原理（如果使用到偏移，需写明偏移如何计算得出）（30分）

2. 在source.cpp的指定位置填写代码，提交source.cpp（20分）

使用git提交

提交前请检查你的文件结构是否如下所示: 注意:report.docx应该包含task1,task2,task3的所有文档 请在report.docx中尽可能详细的讲述实验思路，即使没有成功的代码实现，助教组也会根据思路酌情给分

lab2/
├── report.docx
├── task2
│   └── source.cpp
└── task3
    └── source.cpp