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今天查资料的时候发现 VS 编译器 CL 的一个编译选项可以查看 C++ 类的内存布局,非常有用。使用如下,从开始程序菜单找到 Visual Stdio 2008/2005 Command Prompt,选择 VS 的命令行工具,按如下格式使用:
>cl –d1reportSingleClassLayout[classname] test.cpp
而使用 –d1reportAllClassLayout 则可以查看源文件中所有类及结构体的内存布局。
其中,classname 为类名,-d1reportSingleClassLayout[classname] 之间没有空格。编写程序测试:
比较奇怪,加上 #include <iostream> 后,测试结构体的时候就会出现很输出,应该是库中的类,看起来真麻烦,所以这里去掉它。
//test: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayout[className] //#include <iostream> //using namespace std; struct S { char x; int y; double z; }; class TestClass { private: char y; double z; int x; }; //base class Base { private: int x; public: virtual void f1(); virtual int g1(); }; //Derived class Derived: public Base { private: char y; public: virtual float f2(); }; //Derived2 class Derived2: public Base { private: double z; public: virtual void f1(); virtual float v2(); int f3(); }; // class Base2 { private: int yy; public: virtual void g2(); }; //多重继承 class Derived3: public Base, public Base2 { private: double zz; public: virtual void g3(); }; // int main() { return 0; }
//测试,1:测试结构体 S:>cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutS
可以看到,VC 默认情况下,结构体内使用字节对齐,char x, 和 int y 之间填充了 3 个字节的空间。默认情况,VC 对结构体内的字节按最大字节对齐,成员变量之间的顺序不同,结构体所占空间也可能不同。
2. 测度类 TestClass: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutTestClass
同样可以看到,类 TestClass 中数据成员的按最大数据成员字节对齐,char y 和 double z 之间插入了 7 个字节,double z 和 int x 之间插入了 4 个字节,按 double 型对齐,32 位机器上, sizeof(double) = 8。
3.测试有虚函数的类 Base: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutBase
其中{vfptr}是虚函数表,可以看到,VC 将虚函数表地址放在了对象的头 4 个字节,接着才是数据成员。虚函数表是一个数组,里面存放的是类中虚函数的地址,可以看到虚函数成员的地址是按照声明的顺序存放的。
4.测试子类 Derived:>cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived
可以看到,基类的虚函数存放在虚表的前面,子类中自己声明的虚函数按顺序存放在后面。
5.测试子类Derived2: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived2
可以看到,子类 Derived2 中重写了基类 Base 中的虚函数 f1(),因此 Devried2 的虚表中 f1() 的位置被 Derived2 重写的 f1() 代替,因此便实现了多态。非虚函数地址不存放在虚表中。
6.测试多重继承的类Derived3: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived3
可以看到VC中对多重继承的处理,子类 Derived3 的对象中,前 4 个字节存放的是第一个基类的 虚表,然后是第一个基类的数据成员。接着是第 2 个基类的虚表及数据成员。最后才是自己的数据成员。其中,Derived3::$vftable@Base2@: -8, -8 表示第 2 个基类相对于虚表相对于 Derived3 的偏移量 offset。
//测试结构体的字节对齐,以及 #pragma pack(1), offsetof(struct,number) 的用法。
1: #include <iostream> 2: 3: using namespace std; 4: 5: struct st1 6: { 7: short number; 8: float grade; 9: float grade2; 10: float grade3; 11: char level; 12: }; //20 13: 14: struct st2 15: { 16: char level; 17: short number; 18: float grade; 19: float grade2; 20: float grade3; 21: };//16 22: 23: #pragma pack(1) 24: struct st3 25: { 26: char level; 27: short number; 28: float grade; 29: float grade2; 30: float grade3; 31: }; //15 32: #pragma pack() 33: 34: void TestSizeOf() 35: { 36: cout << __FUNCTION__ << endl; 37: 38: cout << " sizeof(short)= " << sizeof(short) << endl << endl; 39: 40: cout << " sizeof(st1)= " << sizeof (st1) << endl; 41: cout << " offsetof(st1,number) " << offsetof(st1,number) << endl; 42: cout << " offsetof(st1,grade) " << offsetof(st1,grade) << endl; 43: cout << " offsetof(st1,grade2) " << offsetof(st1,grade2) << endl; 44: cout << " offsetof(st1,grade3) " << offsetof(st1,grade3) << endl; 45: cout << " offsetof(st1,level) " << offsetof(st1,level) << endl << endl; 46: 47: cout << " sizeof(st2)= " << sizeof (st2) << endl; 48: cout << " offsetof(st2,level) " << offsetof(st2,level) << endl; 49: cout << " offsetof(st2,number) " << offsetof(st2,number) << endl; 50: cout << " offsetof(st2,grade) " << offsetof(st2,grade) << endl; 51: cout << " offsetof(st2,grade2) " << offsetof(st2,grade2) << endl; 52: cout << " offsetof(st2,grade3) " << offsetof(st2,grade3) << endl << endl; 53: 54: cout << " sizeof(st3)= " << sizeof (st3) << endl; 55: cout << " offsetof(st3,level) " << offsetof(st3,level) << endl; 56: cout << " offsetof(st3,number) " << offsetof(st3,number) << endl; 57: cout << " offsetof(st3,grade) " << offsetof(st3,grade) << endl; 58: cout << " offsetof(st3,grade2) " << offsetof(st3,grade2) << endl; 59: cout << " offsetof(st3,grade3) " << offsetof(st3,grade3) << endl << endl; 60: } 61: int main() 62: { 63: TestSizeOf(); 64: return 0; 65: }
其中,VC对结构体中的数据成员默认按照最大成员对齐,#pragma pack(num) 可以设置对齐字节数,可以为1、2、4、8、16 。也可以使用编译选项 /Zp[1|2|4|8|16] 修改对齐方式,取消修改用#pragma pack(),如果结构体某成员的 sizeof 大于你设置的,则按你的设置来对齐。注意 offsetof 的用法,可以很容易观察结构体的内部结构
还可以使用前面所说的 cl –d1reportSingleClassLayout[classname] test.cpp 编译选项进行相互验证。