c++ - 类成员和成员函数内存位置

coder 2024-02-15 原文

这是一个简单的 C++ 类，名为 A:

class A
{
public:
    explicit A() : m_a(0) { }
    explicit A(int a) m_a(a) { }
    int getA() const { return m_a; }
    void setA(int a) { m_a = a; }

private:
    int m_a;
}

这是我目前所知道的:

当您声明类实例的对象时，会为该对象分配内存。分配的内存相当于其成员的内存加起来。所以在我的例子中，它是:sizeof(A) = sizeof(int) = sizeof(m_a)
A 类的所有成员函数都存储在内存中的某个位置，A 类的所有实例都使用相同的成员函数。

这是我不知道的:

成员函数存储在哪里，它们实际上是如何存储的？假设 int 存储在 4 个字节上；我可以想象具有 4 个连续单元的 RAM 内存布局，每个单元存储该 int 的一部分。我如何想象一个函数的这种布局？(这听起来很傻，但我想函数必须在内存中占有一席之地，因为你可以有一个指向它们的指针)。还有函数指令是如何以及在哪里存储的？我的第一感觉是函数和函数指令存储在程序可执行文件(及其动态或静态库)中，但如果这是真的，当您创建函数指针时会发生什么？ AFAIK 函数指针指向 RAM 内存中的位置，它们可以指向程序二进制文件中的位置吗？如果是，这是如何工作的？

任何人都可以向我解释这是如何工作的，并指出我所知道的是对还是错？

最佳答案

首先，您需要了解 linker 的作用什么是executables (通常在 virtual memory 中执行)和 address spaces & processes .在 Linux 上，阅读 ELF和 execve(2)系统调用。另请阅读 Levine 的 Linkers & Loaders书和Operating Systems: Three Easy Pieces , 和 C++11 标准 n3337 , 和 this draft报个好C++ programming书，与this reference网站。

成员函数可以是虚函数或普通函数。

一个普通的(非 virtual)成员函数就像一个 C 函数(除了它有 this 作为一个隐含的，通常是第一个参数)。例如，您的 getA 方法的实现类似于以下 C 函数(在对象外部，例如在二进制可执行文件的 code segment 中):
```
int C$getA(A*thisptr) const { return thisptr->m_a; }
```
然后假设编译器正在将 p->getA() 翻译成 C$getA(p)
A virtual member function通常通过 vtable ( virtual method table ) 实现。具有某些虚拟成员函数(包括析构函数)的对象通常将指向此类表(由编译器在其他地方生成)的指针作为其第一个(隐式)成员字段。你的 class A 没有任何虚拟方法，但想象一下如果它有一个额外的 virtual void print(std::ostream&); 方法，那么你的 class A 将具有与
相同的布局
```
struct A$ {
   struct A$virtualmethodtable* _vptr;
   int m_a;
};
```
虚拟表可能是
```
struct A$virtualmethodtable {
  void (*print$fun) (struct A$*, std::ostream*);
};
```
(因此添加其他虚函数意味着简单地在该vtable 中添加槽)；然后像 p->print(std::cout); 这样的调用会被翻译成几乎 p->_vptr.print$fun(p,&std::cout); ...此外，编译器会生成各种虚方法表作为常量表(每个类一个)。

^{注意:使用多重继承或虚拟继承时情况会更加复杂。}

在这两种情况下，成员函数都不会占用对象中的任何额外空间。如果它是非虚拟的，它只是一个普通函数(在代码段中)。如果它是虚拟的，则它在虚拟方法表中共享一个槽。

注意。如果您使用最近的 GCC 进行编译(即使用 g++)或使用 Clang (所以 clang++)你可以传递它，例如-fdump-tree-all 标志:它将产生数百个转储文件，部分显示 - 以转储文本形式 - 编译器的一些内部表示，您可以使用寻呼机检查它们(例如 less) 或文本编辑器。您也可以使用 MELT或查看使用 g++ -S -fverbose-asm -O1 ....

生成的汇编代码

关于c++ - 类成员和成员函数内存位置，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/22119360/

amp 43 code noreferrer noopener c++pointers memory memory-management

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