编译的C++类是什么样的？

Question

有了汇编指令和C程序的一些背景知识,我可以看到编译函数的样子,但有趣的是我从来没有仔细考虑过编译后的C++类是什么样的.

bash$ cat class.cpp
#include<iostream>
class Base
{
  int i;
  float f;
};

bash$ g++ -c class.cpp

我跑了:

bash$objdump -d class.o
bash$readelf -a class.o

但是我得到的东西很难理解.

有人可以解释一下或提出一些好的起点.

Answer 1

这些类(或多或少)构造为常规结构.这些方法(或多或少......)被转换成第一个参数为"this"的函数.对类变量的引用是作为"this"的偏移量完成的.

至于继承,让我们引用C++ FAQ LITE,它在这里反映了http://www.parashift.com/c++-faq-lite/virtual-functions.html#faq-20.4.本章介绍如何在真实硬件中调用虚函数(编译在机器代码中进行了哪些操作).

让我们举一个例子吧.假设类Base有5个虚函数:virt0()through virt4().

 // Your original C++ source code
 class Base {
 public:
   virtual arbitrary_return_type virt0(...arbitrary params...);
   virtual arbitrary_return_type virt1(...arbitrary params...);
   virtual arbitrary_return_type virt2(...arbitrary params...);
   virtual arbitrary_return_type virt3(...arbitrary params...);
   virtual arbitrary_return_type virt4(...arbitrary params...);
   ...
 };

步骤#1:编译器构建一个包含5个函数指针的静态表,将该表埋入静态内存中.许多(并非所有)编译器在编译定义Base的第一个非内联虚函数的.cpp时定义此表.我们将该表称为v表; 让我们假装它的技术​​名称是Base::__vtable.如果函数指针适合目标硬件平台上的一个机器字,Base::__vtable最终会消耗5个隐藏的内存字.每个实例不是5个,而不是每个功能5个; 只是5.它看起来像下面的伪代码:

 // Pseudo-code (not C++, not C) for a static table defined within file Base.cpp

 // Pretend FunctionPtr is a generic pointer to a generic member function
 // (Remember: this is pseudo-code, not C++ code)
 FunctionPtr Base::__vtable[5] = {
   &Base::virt0, &Base::virt1, &Base::virt2, &Base::virt3, &Base::virt4
 };

步骤#2:编译器向类Base的每个对象添加一个隐藏指针(通常也是一个机器字).这称为v指针.将此隐藏指针视为隐藏数据成员,就像编译器将您的类重写为以下内容一样:

 // Your original C++ source code
 class Base {
 public:
   ...
   FunctionPtr* __vptr;  ? supplied by the compiler, hidden from the programmer
   ...
 };

步骤#3:编译器this->__vptr在每个构造函数中初始化.我们的想法是让每个对象的v指针指向其类的v表,就像它在每个构造函数的init-list中添加以下指令一样:

 Base::Base(...arbitrary params...)
   : __vptr(&Base::__vtable[0])  ? supplied by the compiler, hidden from the programmer
   ...
 {
   ...
 }

现在让我们计算一个派生类.假设您的C++代码定义了继承自Base类的类Der.编译器重复步骤#1和#3(但不是#2).在步骤#1中,编译器创建一个隐藏的v表,保留与之相同的函数指针,Base::__vtable但替换那些与覆盖相对应的插槽.举例来说,如果明镜覆盖virt0()通过virt2()和继承别人,不被明镜的V-表可能看起来像这样(装明镜不添加任何新的虚函数):

 // Pseudo-code (not C++, not C) for a static table defined within file Der.cpp

 // Pretend FunctionPtr is a generic pointer to a generic member function
 // (Remember: this is pseudo-code, not C++ code)
 FunctionPtr Der::__vtable[5] = {
   &Der::virt0, &Der::virt1, &Der::virt2, &Base::virt3, &Base::virt4
 };                                        ^^^^----------^^^^---inherited as-is

在步骤#3中,编译器在每个Der的构造函数的开头添加一个类似的指针赋值.我们的想法是更改每个Der对象的v指针,使其指向其类的v-table.(这不是第二个v指针;它是在基类Base中定义的相同的v指针;记住,编译器不会在Der类中重复步骤#2.)

最后,让我们看看编译器如何实现对虚函数的调用.您的代码可能如下所示:

 // Your original C++ code
 void mycode(Base* p)
 {
   p->virt3();
 }

编译器不知道这是否会调用Base::virt3()或者Der::virt3()可能virt3()是另一个甚至还不存在的派生类的方法.它只能确定您正在调用virt3()哪个恰好是v-table的插槽#3中的函数.它将该调用重写为以下内容:

 // Pseudo-code that the compiler generates from your C++

 void mycode(Base* p)
 {
   p->__vptr[3](p);
 } 

我强烈建议每个C++开发人员阅读FAQ.它可能需要几周时间(因为它很难阅读和长篇)但它会教你很多关于C++以及可以用它做什么.

Answer 2

尝试一下

g++ -S 类.cpp

这将为您提供一个汇编文件“class.s”（文本文件），您可以使用文本编辑器读取该文件。但是，您的代码不会执行任何操作（声明类不会自行生成代码），因此汇编文件中不会有太多内容。