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C 如何在内存中排列对象，这对于动态转换和重新解释意味着什么？

DDD原创: 2024-11-02 03:52:30307浏览

How does C arrange objects in memory, and what does it mean for dynamic casting and reinterpreting?

C 对象的内存布局

问题：

C 在内存中是如何布置对象的？听说动态强制转换只调整对象在内存中的指针，带偏移量；而重新解释允许我们对此指针做任何操作。我不太理解。请提供详细信息！

解答：

内存布局

内存布局主要取决于实现。但有一个关键例外，即具有相同访问说明符的成员变量将按声明顺序排列。

§ 9.2.14

非静态数据成员（非联合）具有相同访问控制权的类（Clause 11）被分配，以便后续成员在类对象中具有更高的地址。具有不同访问控制权的非静态数据成员的分配顺序未指定（11）。实现对齐要求可能导致两个相邻成员不会立即相互分配；管理虚拟函数（10.3）和虚拟基类（10.1）的空间要求也可能导致这种情况。

其他内存管理

除了成员变量之外，类或结构还需要为成员变量、基类的子对象、虚拟函数管理（例如虚拟表）以及这些数据的填充和对齐提供空间。这取决于实现，但 Itanium ABI 规范是一种流行的选择。gcc 和 clang 遵循它（至少在一定程度上）。

http://mentorembedded.github.io/cxx-abi/abi.html#layout

Itanium ABI

当然，Itanium ABI 不是 C 标准的一部分，也没有约束力。要获得更详细的信息，你需要查阅实现者的文档和工具。clang 提供了一个工具来查看类的内存布局。例如，以下内容：

class VBase {
    virtual void corge();
    int j;
};

class SBase1 {
    virtual void grault();
    int k;
};

class SBase2 {
    virtual void grault();
    int k;
};

class SBase3 {
    void grault();
    int k;
};

class Class : public SBase1, SBase2, SBase3, virtual VBase {
public:
    void bar();
    virtual void baz();
    // 不允许虚拟成员函数模板，原因考虑内存布局和虚表
    // template<typename T>
    // virtual void quux();
private:
    int i;
    char c;
public:
    float f;
private:
    double d;
public:
    short s;
};

class Derived : public Class {
    virtual void qux();
};

int main() {
    return sizeof(Derived);
}

在创建使用类内存布局的源文件后，clang 将显示内存布局。

$ clang -cc1 -fdump-record-layouts layout.cpp

Class 的布局：

*** Dumping AST Record Layout
   0 | class Class
   0 |   class SBase1 (primary base)
   0 |     (SBase1 vtable pointer)
   8 |     int k
  16 |   class SBase2 (base)
  16 |     (SBase2 vtable pointer)
  24 |     int k
  28 |   class SBase3 (base)
  28 |     int k
  32 |   int i
  36 |   char c
  40 |   float f
  48 |   double d
  56 |   short s
  64 |   class VBase (virtual base)
  64 |     (VBase vtable pointer)
  72 |     int j
     | [sizeof=80, dsize=76, align=8
     |  nvsize=58, nvalign=8]

更多内存布局信息

更多有关此 clang 特性的信息可以在 Eli Bendersky 的博客上找到：

http://eli.thegreenplace.net/2012/12/17/dumping-a-c-objects-memory-layout-with-clang/

gcc 提供了一个类似的工具 `-fdump-class-hierarchy'。对于上面给出的类，它输出（除其他内容外）：

Class Class
   size=80 align=8
   base size=58 base align=8
Class (0x0x141f81280) 0
    vptridx=0u vptr=((&amp; Class::_ZTV5Class) + 24u)
  SBase1 (0x0x141f78840) 0
      primary-for Class (0x0x141f81280)
  SBase2 (0x0x141f788a0) 16
      vptr=((&amp; Class::_ZTV5Class) + 56u)
  SBase3 (0x0x141f78900) 28
  VBase (0x0x141f78960) 64 virtual
      vptridx=8u vbaseoffset=-24 vptr=((&amp; Class::_ZTV5Class) + 88u)

它没有逐项列出成员变量（或者至少我不知道如何获取），但你可以看出它们必须位于偏移量 28 和 64 之间，就像 clang 布局中一样。

你可以看到一个基类被指定为 primary。当 Class 被作为 SBase1 访问时，这取消了 this 指针调整的需要。

其他编译器指令

以下等价指令适用于不同编译器：

gcc：$ g -fdump-class-hierarchy -c layout.cpp
Visual C ：cl main.cpp /c /d1reportSingleClassLayoutTest_A

见：https://blogs.msdn.microsoft.com/vcblog/2007/05/17/diagnosing-hidden-odr-violations-in-visual-c-and-fixing-lnk2022/

以上是C 如何在内存中排列对象，这对于动态转换和重新解释意味着什么？的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！

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