类成员和成员函数的内存位置

Question

这是一个简单的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;
}

这是我目前所知道的:

• 当您声明类实例的对象时,将为该对象分配内存.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:

成员函数存储在哪里以及它们实际存储的方式？假设int例如存储在4个字节上; 我可以想象RAM内存布局有4个连续的单元格,每个单元格存储一部分int.我怎么能想象一个函数的这个布局？(这听起来很傻,但我想函数必须在内存中占有一席之地,因为你可以指向它们的指针).还存储了功能指令的方式和位置？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,但如果这是真的,那么在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,它们是否可以指向程序二进制文件中的位置？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？

Answer 1

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)和地址空间和进程.在Linux上,阅读有关ELF和execve(2)系统调用的信息.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.

• 普通(非virtual)成员函数就像一个C函数(除了它具有this隐式的,通常是第一个参数).例如,您的getA方法实现类似于以下C函数(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翻译p->getA()成C$getA(p)

• 甲虚拟成员函数被直通大致实现虚函数表(虚拟方法表).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)成员字段指向这样的表(由编译器在别处生成).你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class A将拥有相同的布局

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

  而虚拟表可能是

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

  (所以添加其他虚函数意味着只需在vtable中添加插槽); 然后调用就像p->print(std::cout);将被翻译一样 p->_vptr.print$fun(p,&std::cout);...此外,编译器将生成各种虚拟方法表作为常量表(每个类一个).

^{注意:多重或虚拟继承的事情更复杂.}

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).如果是虚拟的,则它在虚拟方法表中共享一个槽.

NB.如果您使用最近的GCC(即with g++)进行编译,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形式 - 编译器的一些内部表示,您可以使用寻呼机进行检查(例如less)或文本编辑器.您也可以使用MELT或查看用g++ -S -fverbose-asm -O1.... 生成的汇编代码.