类的内存结构

Posted 2020-12-11 sinpo828

cpp 类的内存结构

说明：

1. 虚表指针总是存在在类的头部，并按类的继承顺序排放。一个子类可以有多个虚表指针。

2. 虚成员函数总是按照声明顺序存在于虚表中。

3. 如果存在同名函数，子类虚函数会覆盖每一个父类的每一个同名虚函数。

4. 子类独有的虚函数填入第一个虚函数表中，且用父类指针是不能调用。

5. 父类独有的虚函数不会被覆盖覆盖。仅子类和该父类指针能调用。

如下图类的内存结构图

图中代码参考链接

无继承

代码：

class Drive
{
public:
    virtual void vf() {}
    void f() {}
};

int main()
{
    Drive d;

    return 0;
}

如下，子类经过强制类型转换，得到虚表指针，并提取虚表指针的内容，经过转换可以得到第一个虚函数。虚表中只有一个虚函数。

(gdb) b 69
Breakpoint 1 at 0x13c1: file xx.cpp, line 69.
(gdb) r
Starting program: /home/lester/tools/xxx/a.out 

Breakpoint 1, main () at xx.cpp:69
69	    return 0;
(gdb) p d
$1 = {_vptr.Drive = 0x555555557da0 <vtable for Drive+16>}
(gdb) p (int64_t*)*(int64_t*)d
$2 = (int64_t *) 0x55555555543a <Drive::vf()>
(gdb) 

单继承

class Base1
{
public:
    virtual void vb1f() {}
    virtual void vf() {}
};

class Drive : public Base1
{
public:
    virtual void vdf() {}
    virtual void vf() {}
    void f() {}
};

int main()
{
    Drive d;

    return 0;
}

虚表中只有多个虚函数。顺序是父类，子类的顺序。其中注意到双方共有的虚函数 “vf”， 在虚表中子类的虚函数覆盖了父类的需函数。

(gdb) b 70
Breakpoint 1 at 0x13c1: file xx.cpp, line 70.
(gdb) r
Starting program: /home/lester/tools/xxx/a.out 

Breakpoint 1, main () at xx.cpp:70
70	    return 0;
(gdb) p (int64_t*)*((int64_t*)d+0)
$1 = (int64_t *) 0x55555555543a <Base1::vb1f()>
(gdb) p (int64_t*)*((int64_t*)d+1)
$2 = (int64_t *) 0x555555555452 <Drive::vf()>
(gdb) p (int64_t*)*((int64_t*)d+2)
$3 = (int64_t *) 0x555555555446 <Drive::vdf()>
(gdb) 

多继承

class Base1
{
public:
    virtual void vb1f() {}
    virtual void vf() {}
};

class Base2
{
public:
    virtual void vb2f() {}
    virtual void vf() {}
};

class Drive : public Base1, Base2
{
public:
    virtual void vdf() {}
    virtual void vf() {}
    void f() {}
};

int main()
{
    Drive d;

    return 0;
}

虚表中只有多个虚函数。顺序是父类Base1, 父类Base2，子类。

查看第一个虚表：其中注意到双方共有的虚函数 “vf”， 在虚表中子类的虚函数覆盖了父类的需函数。另外子类的虚函数 ”vdf“ 被放在了第一个虚表的后面。

查看第二个虚表：第二个虚表指针在地一个虚表指针后面。同样方式可以看到第二个虚表只有父类 Base2 的虚成员函数，而且共有的虚函数被子类的虚函数 vf 覆盖。

(gdb) b 71
Breakpoint 1 at 0x13cc: file xx.cpp, line 71.
(gdb) r
Starting program: /home/lester/tools/xxx/a.out 

Breakpoint 1, main () at xx.cpp:71
71	    return 0;
(gdb) 
(gdb) p d
$10 = {<Base1> = {_vptr.Base1 = 0x555555557d28 <vtable for Drive+16>}, <Base2> = {_vptr.Base2 = 0x555555557d50 <vtable for Drive+56>}, <No data fields>}
(gdb) p (int64_t*)*((int64_t*)d+0)
$1 = (int64_t *) 0x555555555446 <Base1::vb1f()>
(gdb) p (int64_t*)*((int64_t*)d+1)
$2 = (int64_t *) 0x55555555546a <Drive::vf()>
(gdb) p (int64_t*)*((int64_t*)d+2)
$3 = (int64_t *) 0x55555555545e <Drive::vdf()>


(gdb) p d
$10 = {<Base1> = {_vptr.Base1 = 0x555555557d28 <vtable for Drive+16>}, <Base2> = {_vptr.Base2 = 0x555555557d50 <vtable for Drive+56>}, <No data fields>}
(gdb) p (int64_t*)*((int64_t*)*(int64_t*)((int64_t*)&d+1)+0)
$12 = (int64_t *) 0x555555555452 <Base2::vb2f()>
(gdb) p (int64_t*)*((int64_t*)*(int64_t*)((int64_t*)&d+1)+1)
$13 = (int64_t *) 0x555555555475 <non-virtual thunk to Drive::vf()>
(gdb)