• <ins id="pjuwb"></ins>
    <blockquote id="pjuwb"><pre id="pjuwb"></pre></blockquote>
    <noscript id="pjuwb"></noscript>
          <sup id="pjuwb"><pre id="pjuwb"></pre></sup>
            <dd id="pjuwb"></dd>
            <abbr id="pjuwb"></abbr>

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            MSVC++ 對(duì)象內(nèi)存模型深入解析與具體應(yīng)用 (二)

            MSVC++ 對(duì)象內(nèi)存模型深入解析與具體應(yīng)用

            前言:本文之所以強(qiáng)調(diào)MSVC, 旨在提醒讀者在不同平臺(tái)和解釋器下內(nèi)存布局和實(shí)現(xiàn)上存在差異,但編程思想通用,文中內(nèi)容大多來(lái)自筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和網(wǎng)上搜集,力求正確,但水平有限,如有不當(dāng)之處,敬請(qǐng)指出

            面向?qū)ο螅罕疚拿嫦蛴幸欢?/span>C/C++基礎(chǔ),并且可以讀懂部分匯編的讀者

            版權(quán):歡迎轉(zhuǎn)載,但請(qǐng)注明出處http://m.shnenglu.com/dawnbreak/ 保留對(duì)本文的一切權(quán)力

            目錄
            1. C++基本類(lèi)型與結(jié)構(gòu)體內(nèi)存布局
                            Key words: class,  struct, memory alignment

            2.虛表, 多態(tài)與動(dòng)態(tài)綁定

                            Key words: Virtual Table, polymiorphism

            3.對(duì)象池

                            Key words: object pool , reload, new ,delete

            4.內(nèi)存泄漏檢測(cè)

                            Key words: memory leak detect

            5.智能指針

                            Key words: smart pointer

            6.   編譯期類(lèi)型約束
               
                            Key words: compile-time ,type-constraint


             Appendix 1: C++堆棧祥解



            第二章  虛表, 多態(tài)與動(dòng)態(tài)綁定

            Key words: Virtual Table, polymiorphism

            1.虛表-Virtual Table 多態(tài)-polymiorphism

                   虛函數(shù)表由虛函數(shù)的地址組成,表中函數(shù)地址的順序和它們第一次出現(xiàn)的順序(即在類(lèi)定義的順序)一致。若有重載的函數(shù),則替換掉基類(lèi)函數(shù)的地址,事實(shí)上你可以簡(jiǎn)單的將虛表定義理解如下:

                    Int* virtualTable[size]//普通的指針數(shù)組而已

                    
            多數(shù)情形下,MSVC的類(lèi)按如下格局分布:

            ?           指向虛函數(shù)表的指針(_vtable__vftable_),不過(guò)它只在類(lèi)包括虛函數(shù),以及不能從基類(lèi)復(fù)用合適的函數(shù)表時(shí)才會(huì)被添加。

            ?           基類(lèi)。

            ?             函數(shù)成員。

            請(qǐng)看如下例子:


            #include "stdafx.h"
            #include 
            "assert.h"
            #include 
            "iostream"
            using namespace std;
            class A
            {
            public:
              
            int b1;
              
            static int b3;
              
            int b2;
            public:

              
            virtual void A_virt1()
              
            {
                  std::cout
            <<"  call of first A's vf"<<std::endl;
              }


              
            virtual void A_virt2()
              
            {
                  std::cout
            <<"  call of second A's vf"<<std::endl;
              }


            }
            ;
            int A::b3=100;
            //#pragma pack(1)
            class B:public A
            {
                
            int a1;
                
            char b1;
                
            float c1;
              
            virtual void A_virt2()
              
            {
                  std::cout
            <<"  call of second B's vf"<<std::endl;
              }
                
              
            virtual void B_virt1()
              
            {
                    std::cout
            <<"  call of second B's vf1"<<std::endl;
              }

                
            virtual void B_virt2()
              
            {
                    std::cout
            <<"  call of second B's vf2"<<std::endl;
              }

                
            void getsome();
            }
            ;
            void B::getsome()
            {
                
            int a=1;
            }


            class D:public A
            {
            }
            ;

            class C:public B,public D
            {
              
            virtual void B_virt1()
              
            {
                    std::cout
            <<"  call of first C's vf"<<std::endl;
              }

            }
            ;
            int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
            {
                typedef 
            void(*pfunc)();
                cout
            <<"test the class memory layout-virtual table"<<endl;
                C cc;
                (pfunc(((
            int**)(&cc))[0][0]))();
                (pfunc(((
            int**)(&cc))[0][1]))();
                (pfunc(((
            int**)(&cc))[0][2]))();
                (pfunc(((
            int**)(&cc))[0][3]))();

                system(
            "pause");
                
            return 0;
            }

            程序輸出結(jié)果:


            以下是各個(gè)類(lèi)在內(nèi)存中的布局圖

            class A size(12):
             
            +---
             
            0 | {vfptr}
             
            4 | b1
             
            8 | b2
             
            +---
            A::$vftable@:
             
            | &A_meta
             
            |  0
             
            0 | &A::A_virt1
             
            1 | &A::A_virt2
            A::A_virt1 
            this adjustor: 0
            A::A_virt2 
            this adjustor: 0
            class B size(24):
             
            +---
             
            | +--- (base class A)
             
            0 | | {vfptr}
             
            4 | | b1
             
            8 | | b2
             
            | +---
            12 | a1
            16 | b1
               
            | <alignment member> (size=3)
            20 | c1
             
            +---
            B::$vftable@:
             
            | &B_meta
             
            |  0
             
            0 | &A::A_virt1
             
            1 | &B::A_virt2
             
            2 | &B::B_virt1
             
            3 | &B::B_virt2
            B::A_virt2 
            this adjustor: 0
            B::B_virt1 
            this adjustor: 0
            B::B_virt2 
            this adjustor: 0
            class D size(12):
             
            +---
             
            | +--- (base class A)
             
            0 | | {vfptr}
             
            4 | | b1
             
            8 | | b2
             
            | +---
             
            +---
            D::$vftable@:
             
            | &D_meta
             
            |  0
             
            0 | &A::A_virt1
             
            1 | &A::A_virt2
            class C size(36):
             
            +---
             
            | +--- (base class B)
             
            | | +--- (base class A)
             
            0 | | | {vfptr}
             
            4 | | | b1
             
            8 | | | b2
             
            | | +---
            12 | | a1
            16 | | b1
               
            | | <alignment member> (size=3)
            20 | | c1
             
            | +---
             
            | +--- (base class D)
             
            | | +--- (base class A)
            24 | | | {vfptr}
            28 | | | b1
            32 | | | b2
             
            | | +---
             
            | +---
             
            +---
            C::$vftable@B@:
             
            | &C_meta
             
            |  0
             
            0 | &A::A_virt1
             
            1 | &B::A_virt2
             
            2 | &C::B_virt1
             
            3 | &B::B_virt2
            C::$vftable@D@:
             
            | -24
             
            0 | &A::A_virt1
             
            1 | &A::A_virt2
            C::B_virt1 
            this adjustor: 0

            為了調(diào)用虛函數(shù),編譯器首先需要從_vftable_取得函數(shù)地址,然后就像調(diào)用簡(jiǎn)單方法一樣(例如,傳入_this_指針作為隱含參數(shù))。例如:

                      cc.A_virt2()

                      ;esi = ptr [cc]

                      mov eax, [esi]  ;fetch virtual table pointer

                      mov ecx, esi

                      call [eax+4]  ;call second virtual method

                      ;cc->B_virt1()

                      ;edi = pC

                      lea edi, [esi+8] ;adjust this pointer

                      mov eax, [edi]   ;fetch virtual table pointer

                      mov ecx, edi

            call [eax]       ;call first virtual method


            注意到上面class A的內(nèi)存布局圖,首先是VT指針,然后是成員變量b1,b2, 而對(duì)于靜態(tài)成員b3并沒(méi)有體現(xiàn),事實(shí)上b是存儲(chǔ)在程序的全局靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū),供該類(lèi)的所有實(shí)例共享,這里請(qǐng)注意在classA中虛表中虛函數(shù)出現(xiàn)的順序和位置,這一點(diǎn)很重要,接著再看classB中虛函數(shù)出現(xiàn)的順序和位置,注意到A_virt1,A_virt2在classA和classB中出現(xiàn)的順序和位置一致,而所不同的是在classB的虛表中A_virt2已經(jīng)被替換,這就是多態(tài)的關(guān)鍵所在,每一個(gè)虛函數(shù)本身其實(shí)不過(guò)是一個(gè)固定的偏移量,而真正實(shí)現(xiàn)多態(tài)的其實(shí)是在編譯器的虛函數(shù)表的替換動(dòng)作.

            而對(duì)于多繼承情況要復(fù)雜一些,例如在ClassC中每一個(gè)繼承路徑中都存在一個(gè)虛表,如果在沒(méi)函數(shù)里再加入如下調(diào)用:
             (pfunc(((int**)(&cc))[6][0]))();
             (pfunc(((int**)(&cc))[6][1]))();
            會(huì)輸出:
            call of first A's vf
            call of second A' vf
            這樣一個(gè)類(lèi)中同時(shí)存在兩個(gè)一抹一樣的函數(shù),那么當(dāng)你用
            C cc;
            cc.A_virt2()時(shí)會(huì)怎么樣呢?
            你會(huì)得到以下錯(cuò)誤:
            error C2385: ambiguous access of 'A_virt2'

            解決辦法有兩種:
            1. 調(diào)用時(shí)加入域操作符,例如:
            cc.A::A_virt2();
            cc.B::A_virt2( );
            這種辦法最穩(wěn)妥也最清晰
            2. 使用虛基類(lèi)
            代碼改動(dòng)如下:

            。。。。。。。
            class B:virtual public A
            。。。。。。。
            class D:virtual public A
            。。。。。。。
            int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
            {
            。。。。。。。
             (pfunc(((int**)(&cc))[0][0]))();
             (pfunc(((int**)(&cc))[0][1]))();
             //(pfunc(((int**)(&cc))[0][2]))();
             //(pfunc(((int**)(&cc))[0][3]))();
             //(pfunc(((int**)(&cc))[6][0]))();
             //(pfunc(((int**)(&cc))[6][1]))();
             cc.A::A_virt2();
             cc.A_virt2();
            。。。。。。。。
            }

            內(nèi)存布局變?yōu)椋?br>

            class C size(36):
             
            +---
             
            | +--- (base class B)
             
            0 | | {vfptr}
             
            4 | | {vbptr}
             
            8 | | a1
            12 | | b1
               
            | | <alignment member> (size=3)
            16 | | c1
             
            | +---
             
            | +--- (base class D)
            20 | | {vbptr}
             
            | +---
             
            +---
             
            +--- (virtual base A)
            24 | {vfptr}
            28 | b1
            32 | b2
             
            +---
            C::$vftable@B@:
             
            | &C_meta
             
            |  0
             
            0 | &C::B_virt1
             
            1 | &B::B_virt2
            C::$vbtable@B@:
             
            0 | -4
             
            1 | 20 (Cd(B+4)A)
            C::$vbtable@D@:
             
            0 | 0
             
            1 | 4 (Cd(D+0)A)
            C::$vftable@A@:
             
            | -24
             
            0 | &A::A_virt1
             
            1 | &thunk: this-=4goto B::A_virt2

             

            多了一個(gè)vbtable存儲(chǔ)偏移量,第一個(gè)元素存儲(chǔ)vbtable與該類(lèi)的偏移量,第二個(gè)元素存儲(chǔ)vbtable與公共基類(lèi)的偏移量,而且注意到,vftable@A 的第二個(gè)虛函數(shù)被定向到B:A_virt2
            這樣問(wèn)題解決了,但是你會(huì)得到一個(gè)警告:
            Warning 1 warning C4250: 'C' : inherits 'B::B::A_virt2' via dominance
            顯示繼承了 'B::B::A_virt2‘ ,也就是說(shuō)你在調(diào)用
            cc.A_virt2時(shí),默認(rèn)直接去調(diào)用B::A_virt2,這可能并不是你所期望的,所以使用時(shí)需要慎重


            2 . 動(dòng)態(tài)邦定與靜態(tài)邦定
            邦定是指一個(gè)計(jì)算機(jī)程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過(guò)程。按照邦定所進(jìn)行的階段不同,可分為兩種不同的邦定方法:靜態(tài)邦定和動(dòng)態(tài)邦定。
            靜態(tài)邦定
            靜態(tài)邦定是指邦定工作出現(xiàn)在編譯連接階段,這種邦定又稱(chēng)早期邦定,因?yàn)檫@種邦定過(guò)程是在程序開(kāi)始運(yùn)行之前完成的。
            在編譯時(shí)所進(jìn)行的這種邦定又稱(chēng)靜態(tài)束定。在編譯時(shí)就解決了程序中的操作調(diào)用與執(zhí)行該操作代碼間的關(guān)系,確定這種關(guān)系又稱(chēng)為束定,在編譯時(shí)束定又稱(chēng)靜態(tài)束定。
             1class AA
             2{
             3public:
             4   void test()
             5   {
             6      cout<<"I am class AA!"<<endl;
             7   }

             8}
            ;
             9class BB
            10{
            11public:
            12   void test()
            13   {
            14      cout<<"I am class BB!"<<endl;
            15   }

            16}
            ;
            17int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
            18{
            19    AA *A=(AA *)(new BB);
            20    A->test();
            21}

            讀者可以想一下以上例子的結(jié)果,如果說(shuō)是I am class BB!

            C++沒(méi)有你想得那么職能,C++調(diào)用函數(shù)不過(guò)是指針偏移,而一般成員函數(shù)代碼是在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的共享代碼段,聲明了AA類(lèi)的指針 A 就已經(jīng)指定了偏移的起點(diǎn)是類(lèi)型AA的代碼段起點(diǎn),這一步就是所謂的動(dòng)態(tài)邦定,而調(diào)用->test();只能得到I am class AA!

            也許你要說(shuō)我并沒(méi)有實(shí)例化AA怎么會(huì)有那一段代碼呢,請(qǐng)注意代碼生成和實(shí)例化是完全不同的兩個(gè)階段,編譯在編譯時(shí)發(fā)現(xiàn)你調(diào)用了AA::test(); 那么就會(huì)載入相應(yīng)的symbol,程序啟動(dòng)時(shí)就會(huì)載入相應(yīng)代碼段。

            也許你還要說(shuō)沒(méi)有用繼承的關(guān)系,那么你可以自己試驗(yàn)一下使BB繼承自AA 結(jié)果還是一樣的

            想要實(shí)現(xiàn)想要的結(jié)果唯一的方法就是使用虛函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)邦定;

             

            posted on 2009-03-11 14:25 pear_li 閱讀(2059) 評(píng)論(4)  編輯 收藏 引用 所屬分類(lèi): C++

            評(píng)論

            # re: MSVC++ 對(duì)象內(nèi)存模型深入解析與具體應(yīng)用 (二) 2009-03-11 15:07 電腦學(xué)習(xí)步步高

            剛發(fā)現(xiàn)的好玩的網(wǎng)站想玩來(lái)http://my.diannaobbg.cn/invite.php?u=1&c=be7fce657cf06905
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            # re: MSVC++ 對(duì)象內(nèi)存模型深入解析與具體應(yīng)用 (二) 2009-03-12 12:49 夢(mèng)在天涯

            你可以研究下對(duì)象與對(duì)象的類(lèi)型信息怎么聯(lián)系起來(lái)的,就是當(dāng)調(diào)用dynamic_cast的時(shí)候?yàn)槭裁茨軌蛘_的識(shí)別對(duì)象的類(lèi)型!

            # re: MSVC++ 對(duì)象內(nèi)存模型深入解析與具體應(yīng)用 (二) 2009-03-12 12:53 夢(mèng)在天涯

            加油!

            # re: MSVC++ 對(duì)象內(nèi)存模型深入解析與具體應(yīng)用 (二) 2012-09-07 11:02 劉偉

            如果把內(nèi)存布局畫(huà)成圖就更好了,像《Inside the C++ Object Model》那樣。感謝樓主的文章。學(xué)習(xí)了
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