具有虚函数的类的大小 & VS2010命令行查看虚函数表和类内存布局

时间：2022-02-22 19:08:22

一 VS2010命令行查看虚函数表和类内存布局


以下内容引自<http://blog.csdn.net/daydreamingboy/article/details/8982563>


VS2010命令行下查看虚函数表和类内存布局

——《深度探索C++对象模型》读书札记系列

 

在学习多重继承下的Virtual functions时，需要分析派生类的虚函数表（vtable），但是在网上找了好几种Hack vtable方法，结果都不尽如人意。没想到MS Compiler（以VS2010为例）有打印vtable的编译选项，真是太好了！

1. 打开“Visual Studio Command Prompt (2010)”，如下

具有虚函数的类的大小 & VS2010命令行查看虚函数表和类内存布局

该CMD下具有VS2010命令行下的一些编译、链接等工具，例如cl.exe。

 

2. 编写一个cpp文件

以《深度探索C++对象模型》的160页的代码（160.cpp）为例，如下

class Base1 {
public:
Base1();
virtual ~Base1();
virtual void speackClearly();
virtual Base1* clone() const;
protected:
float data_Base1;
};

class Base2 {
public:
Base2();
virtual ~Base2();
virtual void mumble();
virtual Base2* clone() const;
protected:
float data_Base2;
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
Derived();
virtual ~Derived();
virtual Derived* clone() const;
protected:
float data_Derived;
};

int main(void)
{
return 0;
}

3、使用cl命令的/d1 reportAllClassLayout或reportSingleClassLayoutXXX选项。这里的reportAllClassLayout选项会打印大量相关类的信息，一般用处不大。而reportSingleClassLayoutXXX选项的XXX代表要编译的代码中类的名字（这里XXX类），打印XXX类的内存布局和虚函数表（如果代码中没有对应的类，则选项无效）。

举例如下

cl /d1 reportSingleClassLayoutBase1 160.cpp

运行结果下

具有虚函数的类的大小 & VS2010命令行查看虚函数表和类内存布局

可以看出Base1的大小为8个字节，共有3个虚函数，分别是~Base1、speackClearly和clone，对于学习上述的示例代码绰绰有余咯~~


二 具有虚函数的类的大小


 以下内容引自<http://www.cnblogs.com/kanego/articles/2390238.html>
一般的书上都说，虚函数是在运行时根据对象的实际类型“动态决定”函数入口。但什么是“动态决定”呢？实际上C++编译器在实现这个功能的时候，并非真的 等到虚函数被调用时才去判断这个对象是什么类型的。下面我用一个简单的图表来说明C++编译器到底干了些什么。假设有两个类
 
struct Base {
  virtual void f();
  virtual void g();
};
struct Derived : public Base {
  virtual void f();
  virtual void g();
};

Base 和 Derived 各有一个虚表，分别是 VTable_B 和 VTable_D ，那么编译器是怎么通过只用一个虚表指针来实现下面的“动态”调用呢？
Base *pB = new Derived();
pB->f();

先让我们看Base和Derived对象是怎么存储的，以及两个类的虚表结构

Base:                    VTable_B:
------------         -------------
|  vptr       |        |  f() 入口    |
+---------+        +----------+
|  Base的   |        |  g() 入口   | 
|    数据     |        -------------
------------

Derived:                VTable_D:
------------        --------------
|  vptr       |        | f() 入口     |
+---------+        +----------+
|  Base的   |        | g() 入口    |
|    数据     |        -------------
+---------+
| Derived的|
|    数据     |
------------
pB 指针既可以指向 Base 对象，也可以指向 Derived 对象，所以 pB 本身是不确定的。但是，任何对象本身却从被 new 出来开始就是确定的，所以 Base 对象在构造时，编译器会往 vptr 中填上 VTable_B 的地址，而 Derived 对象在构造时，编译器会往 vptr 中填上 VTable_D 的地址。

等到虚函数被调用的时候，也就是 pB->f() 这行语句被执行的时候，编译器并不需要知道 pB 到底是指向 Base 还是 Derived ，它只要直接用 vptr 就能找到正确的虚表和虚函数入口了，父类和子类的虚表结构是相似的，同一个虚函数入口在父表和子表的偏移量都是一样的。

通过上面这些介绍，我想你应该能理解，为什么在单一继承的条件下，不管有多少层继承，每个对象只需一个 vptr 就行了。

多重继承的条件下，一个 vptr 行不行呢？

不行。多重继承的时候，虚函数既有来自父类1的，也有来自父类2的，所以这些虚函数入口是不能放在同一个虚表当中的。假设 Derived 除了 Base外，还继承 Base2，并且 Base2 中有两个虚函数 x() 和 y ()，那么 Derived 对象的存储结构也许是这样的（只是大概，和具体编译器相关）。

Derived:                VTable_D:
------------        --------------
|  vptr       |        | f() 入口     |
+---------+        +----------+
|  Base的   |        | g() 入口    |
|    数据     |        -------------
+---------+
| vptr2      |          VTable_D2:
+---------+        -------------
| Base2的  |        |  x() 入口    | 
|    数据     |        +-----------+
+---------+        | y() 入口     |
| Derived的|        -------------
|    数据     |
以下内容引自<http://www.cnblogs.com/kanego/articles/2390238.html>
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三 案例分析1：


 如下程序： 
#include <iostream>
using namespace std;



class A
{
int a;
public:
virtual void af(){}
virtual ~A(){}//如果注释，那么class D的大小变为12，这点想不通
};

class B : public A
{
int b;
public:
virtual void bf(){}
virtual ~B(){ /*cout << "B::~B()" << endl;*/ }
};

class C : public A
{
int c;
public:
virtual void cf(){}
virtual ~C(){ /*cout << "B::~B()" << endl;*/ }
};

class D :public B, public C
{
int d;
public:
virtual void df(){}
virtual ~D() { /*cout << "D::~D()" << endl;*/ }
};

int main(void)
{
cout << "A=" << sizeof(A) << endl;    //result=1
cout << "B=" << sizeof(B) << endl;    //result=8    
cout << "C=" << sizeof(C) << endl;    //result=8
cout << "D=" << sizeof(D) << endl;    //result=12
//cout << "E=" << sizeof(E) << endl;    //result=20

system("pause");
return 0;
}

输出结果： 
A=8
B=12
C=12
D=28
请按任意键继续. . .

案例分析： 类A有一个虚函数表占4个字节，有自己int类型占4个字节，所以sizeof(A) = 8； 类B继承类A，属于单继承，所以类B只有一个虚函数表指针，占4个字节，继承自A的int变量，还有自身的int变量，所以sizeof(B) = 12; 类C与类B相似； 类D继承自B和C，有两个虚函数表指针，占据8个字节，继承自B的成员变量占8个字节，继承自C的成员变量占8个字节，自身有一个int变量占4字节，所以sizeof(D) = 28。

四 案例分析二：

空类所占内存大小：

class CBase 
{ 
}; 
sizeof(CBase)=1；

为什么空的什么都没有是1呢？
c++要求每个实例在内存中都有独一无二的地址。//注意这句话！！！！！！！！！！
空类也会被实例化，所以编译器会给空类隐含的添加一个字节，这样空类实例化之后就有了独一无二的地址了。所以空类的sizeof为1。


 程序： 
class A
{
};
class A2
{
};

class B :public A
{
};

class D :public A, public A2
{
};

class C :public virtual B
{
};

int main()
{
cout << sizeof(A) << endl;
cout << sizeof(B) << endl;
cout << sizeof(C) << endl;
cout << sizeof(D) << endl;

system("pause");
return 0;
}

运行结果： 
1
1
4
1
请按任意键继续. . .

注：B继承A存在空白基类优化现象，在空基类被继承后(单继承)，由于空基类没有任何数据成员，所以让其在子类的对象布局中优化掉空基类所占用的一个字节。


说明：空类、单一继承的空类、多重继承的空类空间为1，但是虚继承涉及到虚表（虚指针），所以sizeof(C)的大小为4。

五 案例分析三：

class A
{
};

class B :public A
{
public:
virtual void f1(){}
};

class C :public A
{
public:
virtual void f1(){}
};

class D :public virtual B,C
{
};

int main()
{
cout << sizeof(A) << endl;
cout << sizeof(B) << endl;
cout << sizeof(C) << endl;
cout << sizeof(D) << endl;

system("pause");
return 0;
}

为什么sizeof(D) =12呢？

六 案例分析四：


 
class A
{
};
class B
{
};
class D
{
};
class E
{
};
class F
{
};

class C:public A,public B,public D,public E,public F
{
};

class M :public A, public B
{
//大小1
};

int main()
{

cout << sizeof(C) << endl;
cout << sizeof(M) << endl;

system("pause");
return 0;
}
输出结果4,1为什么呢？ 多继承的情况下，为了区分各个不同的基类子对象，这些基类子对象必须具有不同的地址，所以这时候不能使用空基类优化，但单继承就可以，因为对于单继承，基类子对象与最终派生类对象地址相同的情形是允许的。

同时要注意，空基类优化只能存在于基类子对象，当空类对象作为完整对象时，是不能优化的，因为C++规定，每个完整对象都必须具有唯一的地址。空类完整对象的大小并不是只能为1，而是至少为1，有些编译器会加入内存对齐的因素，所以有些编译器的空类完整对象的大小会是4或者8等等。
注：若A含有静态数据成员，但是在c++里，静态成员被单独存储在全局区（静态区），所以它同样不影响A的大小。
总结： 
class A//sizeof(A)=1
{};

class S:public A//单继承，空基类优化，sizeof(S)=4
{
int a;
};

class B//B是空类
{
//没有任何数据成员的类成为空类，这里的数据成员不仅仅包括类的成员变量
//同时还包括编译器为了某种目的引入的数据成员
//比如：为了支持多态而引入的虚指针vptr，为了支持虚继承而引入的必要的虚基类指针，而且还包括从
//基类直接或间接继承而来的上述的数据成员。
void fun(){}
};

class C
{
};

class D:public A, B//双继承，空基类优化，但是只能优化一个,sizeof(D)=8
{
int a;
};

class E:public A, B, C//三重继承，空基类优化一个,sizeof(E)=2
{
};

class F:public E//单继承且E为空，空基类优化， sizeof(F)=1;
{
void fun(){}
};

class G:public F//单继承，空基类优化，sizeof(G)=1
{
};

class M{ int a; };
class N :public M{};
class O :public N{};
class P :public N, A{};
class Q :public N, A, B{};

int main()
{

cout << "A" << sizeof(A) << endl;
cout << "S" << sizeof(S) << endl;
cout << "B" << sizeof(B) << endl;
cout << "C" << sizeof(C) << endl;
cout << "D" << sizeof(D) << endl;
cout << "E" << sizeof(E) << endl;
cout << "F" << sizeof(C) << endl;
cout << "M" << sizeof(M) << endl;
cout << "N" << sizeof(N) << endl;
cout << "O" << sizeof(O) << endl;
cout << "P" << sizeof(P) << endl;
cout << "Q" << sizeof(Q) << endl;


system("pause");
return 0;
}

//书上说：通常C++默默安插一个char到空对象内

运行结果： 
A1
S4
B1
C1
D8
E2
F1
M4
N4
O4
P4
Q8
请按任意键继续. . .


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