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gcc下c++的对象模型 (1)(一)
2017-10-13 10:14:59 】 浏览:663
Tags:gcc 对象 模型

所有示例代码在如下环境中执行

ubuntu 16.04.4 (64位)
gcc version 5.4.0 开启std11
gdb version 7.11.1

1. 空类的大小

定义一个空类A,实例化对象a,b。分别查看a的地址和b的地址。代码如下:

#include <iostream>

class A { };
int main() {
    A a;
    A b;
    std::cout << sizeof(A) << std::endl;
    std::cout << &a << " " << &b <<std::endl;
    return 0;
}
//示例1.1

输出结果:

1
0x7fff71124726 0x7fff71124727

类的实例化需要在内存中分配地址,编译器为了确保一个空类也能够实例化并且是独一无二的
所以在一个空类中加入了一个字节。
这个结果仅仅在当前示例和环境中有效,并不是四海皆准,c++标准中并没有规定加入的隐含字节
到底是多大。当然,1字节是保证空类能够实例化的最小消耗。

2. 拥有virtual函数的类A

修改上面的代码如下:

#include <iostream>

class A
{
public:
    virtual void fun() {
        std::cout<<"HELLO"<<std::endl;
    }
};
int main() {
    A a;
    A b;
    std::cout<<sizeof(A)<<std::endl;
    std::cout<<&a<<" "<<&b<<std::endl;
    return 0;
}
//示例2.1

结果:

8
0x7ffc67d214c0 0x7ffc67d214d0

大小为8,从示例1.1中可以知道两个变量地址的差值代表了实际内存分配的大小,
这里0x7ffc67d214d0与0x7ffc67d214c0的差值为16,与sizeof的结果不同。那么多出来的8字节是什么?
如果继续增加虚函数,sizeof的结果和变量地址的差值会增加吗?
继续修改示例2.1的代码,增加虚函数funa和funb,如下:

#include <iostream>

class A
{
public:
    virtual void fun() {
        std::cout<<"HELLO"<<std::endl;
    }
    virtual void funa() {
        std::cout<<"HELLO funa"<<std::endl;
    }
    virtual void funb() {
        std::cout<<"HELLO funb"<<std::endl;
    }
};
int main() {
    A a;
    A b;
    std::cout<<sizeof(A)<<std::endl;
    std::cout<<&a<<" "<<&b<<std::endl;
    return 0;
}
//示例2.2

运行结果如下:

8
0x7ffd5a3d4040 0x7ffd5a3d4050

结果没有变化,大小为8,差值仍然为16,现在需要做的就是确认这”多出来的“8字节内容,
以及fun funa funb到底在哪里。

3 含有virual的类A的对象模型

仍然以示例2.2为例,在本节内容中,要引入一个强大的工具GDB
执行如下命令生成a.out:

icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ g++ -g main.cpp 
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ ls
a.out  cmake-build-debug  CMakeLists.txt  main.cpp
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$

使用gdb调试a.out,并在代码的20打入断点,使用r命令运行程序:

icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ gdb a.out
(gdb) b main.cpp:20
Breakpoint 1 at 0x4009a5: file main.cpp, line 20.
(gdb) r
Starting program: /home/icekylin/clion_projects/untitled/a.out 

Breakpoint 1, main () at main.cpp:20
20      std::cout<<sizeof(A)<<std::endl;

程序执行到这个位置后,先查看对象a,b的地址。

(gdb) p &a
$1 = (A *) 0x7fffffffdd50
(gdb) p &b
$2 = (A *) 0x7fffffffdd60
(gdb) p sizeof(A)
$3 = 8

先查看下对象a,b都包含了什么内容:

(gdb) x /16xw 0x7fffffffdd50
0x7fffffffdd50: >0x00400b80<    0x00000000  0x00400880  0x00000000
0x7fffffffdd60: >0x00400b80<    0x00000000  0x0d861c00  0x9c37e70f
0x7fffffffdd70: 0x00400ad0  0x00000000  0xf76ac830  0x00007fff
0x7fffffffdd80: 0x00000000  0x00000000  0xffffde58  0x00007fff

x命令是gdb中用来打印内存的命令,具体内容可问闷得儿(baidu)或狗剩(google)。
这一坨是什么东西?都是16进制,看不出什么含义,仅知道对象a和b都指向一个相同的内容(0x00400b80)
不同pa,在linux中还有另外一个强大的命令 pmap,用pmap可以查看指定进程的地址空间分布。

icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ pidof a.out
31272
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ pmap -d 31272
31272:   /home/icekylin/clion_projects/untitled/a.out
Address           Kbytes Mode  Offset           Device    Mapping
(1) 0000000000400000       4 r-x-- 0000000000000000 008:00012 a.out
(2) 0000000000600000       4 r---- 0000000000000000 008:00012 a.out
(3) 0000000000601000       4 rw--- 0000000000001000 008:00
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