类成员和成员函数的内存位置

2018-07-04 14:32:32

这里是一个简单的C ++类：

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;
}

这是我迄今所知道的：

当你声明一个类实例的对象时，会为该对象分配内存。分配的内存相当于其成员的内存总结。所以在我的情况下sizeof(A) = sizeof(int) = sizeof(m_a)

类A的所有成员函数都存储在内存中，而类A的所有实例都使用相同的成员函数。

这是我不知道的：

成员函数的存储位置以及实际存储方式？假设一个int例如存储在4个字节上; 我可以想象RAM存储器布局与4个连续的单元格，每个单元格存储一部分int。我怎么能想象这个布局的功能？（这听起来可能很愚蠢，但我认为函数必须在内存中占有一席之地，因为你可以有一个指针指向它们）。还有如何以及在哪里存储功能指令？我的第一个看法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，但是如果这是真的，那么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？如果是的话，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？

首先，您需要了解链接器的作用以及可执行文件（通常在虚拟内存中执行）以及地址空间和进程。在Linux上，阅读ELF和execve（2）系统调用。另请阅读Levine的连接器和装载机书籍和操作系统：三个简单的部分。

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（除了其具有this作为一个隐式的，通常首先，参数）。例如，您的getA方法像下面的C函数一样实现（在对象之外，例如在二进制可执行文件的代码段中）：

int C$getA(A*thisptr) const { return thisptr->m_a; }

然后想象编译器正在将p->getA()转换为C$getA(p)

虚拟成员函数通常通过vtable（虚拟方法表）来实现。具有一些虚拟成员函数（包括析构函数）的对象通常作为其第一个（隐式）成员字段指向这样一个表（由编译器在别处生成）的指针。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将具有相同的布局

struct A$ {
   struct A$virtualmethodtable* _vptr;
   int m_a;
};

和虚拟表可能是

struct A$virtualmethodtable {
  void (*print$fun) (struct A$*, std::ostream*);
};

（所以添加其他虚拟功能意味着只需在该vtable中添加插槽）; 然后调用像p->print(std::cout); 将被翻译成几乎像p->_vptr.print$fun(p,&std::cout); ...另外，编译器会生成各种虚拟方法表（每个类一个）作为常量表。

注意：事情比较复杂，多重或虚拟继承。

在这两种情况下，成员函数都不会在对象中占用额外的空间。如果它是非虚拟的，它只是一个普通的函数（在代码段中）。如果它是虚拟的，它在虚拟方法表中共享一个插槽。

NB。如果使用最近的GCC编译（例如使用g++ ），则可以传递它，例如-fdump-tree-all标志：它将生成数百个转储文件，部分显示转储的文本格式 - 编译器的一些内部表示，其中您可以使用传呼机（例如less ）或文本编辑器进行检查。您也可以使用MELT或查看使用g++ -S -fverbose-asm -O1生成的汇编代码....

为了理解这一点，你需要了解一个程序的内存布局。代码将被对象共享。所有对象都将拥有自己的数据副本。

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