gcc下c++的对象模型 (1)
所有示例代码在如下环境中执行
ubuntu 16.04.4 (64位)
gcc version 5.4.0 开启std11
gdb version 7.11.1
1. 空类的大小
定义一个空类A，实例化对象a，b。分别查看a的地址和b的地址。代码如下：
#include <iostream>
class A { };
int main() {
A a;
A b;
std::cout << sizeof(A) << std::endl;
std::cout << &a << " " << &b <<std::endl;
return 0;
}
//示例1.1
输出结果：
1
0x7fff71124726 0x7fff71124727
类的实例化需要在内存中分配地址，编译器为了确保一个空类也能够实例化并且是独一无二的
所以在一个空类中加入了一个字节。
这个结果仅仅在当前示例和环境中有效，并不是四海皆准，c++标准中并没有规定加入的隐含字节
到底是多大。当然，1字节是保证空类能够实例化的最小消耗。
2. 拥有virtual函数的类A
修改上面的代码如下：
#include <iostream>
class A
{
public:
virtual void fun() {
std::cout<<"HELLO"<<std::endl;
}
};
int main() {
A a;
A b;
std::cout<<sizeof(A)<<std::endl;
std::cout<<&a<<" "<<&b<<std::endl;
return 0;
}
//示例2.1
结果：
8
0x7ffc67d214c0 0x7ffc67d214d0
大小为8，从示例1.1中可以知道两个变量地址的差值代表了实际内存分配的大小，
这里0x7ffc67d214d0与0x7ffc67d214c0的差值为16，与sizeof的结果不同。那么多出来的8字节是什么？
如果继续增加虚函数，sizeof的结果和变量地址的差值会增加吗？
继续修改示例2.1的代码，增加虚函数funa和funb，如下：
#include <iostream>
class A
{
public:
virtual void fun() {
std::cout<<"HELLO"<<std::endl;
}
virtual void funa() {
std::cout<<"HELLO funa"<<std::endl;
}
virtual void funb() {
std::cout<<"HELLO funb"<<std::endl;
}
};
int main() {
A a;
A b;
std::cout<<sizeof(A)<<std::endl;
std::cout<<&a<<" "<<&b<<std::endl;
return 0;
}
//示例2.2
运行结果如下：
8
0x7ffd5a3d4040 0x7ffd5a3d4050
结果没有变化，大小为8，差值仍然为16，现在需要做的就是确认这”多出来的“8字节内容，
以及fun funa funb到底在哪里。
3 含有virual的类A的对象模型
仍然以示例2.2为例，在本节内容中，要引入一个强大的工具GDB。
执行如下命令生成a.out：
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ g++ -g main.cpp
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ ls
a.out cmake-build-debug CMakeLists.txt main.cpp
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$
使用gdb调试a.out，并在代码的20打入断点，使用r命令运行程序：
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ gdb a.out
(gdb) b main.cpp:20
Breakpoint 1 at 0x4009a5: file main.cpp, line 20.
(gdb) r
Starting program: /home/icekylin/clion_projects/untitled/a.out
Breakpoint 1, main () at main.cpp:20
20 std::cout<<sizeof(A)<<std::endl;
程序执行到这个位置后，先查看对象a,b的地址。
(gdb) p &a
$1 = (A *) 0x7fffffffdd50
(gdb) p &b
$2 = (A *) 0x7fffffffdd60
(gdb) p sizeof(A)
$3 = 8
先查看下对象a，b都包含了什么内容：
(gdb) x /16xw 0x7fffffffdd50
0x7fffffffdd50: >0x00400b80< 0x00000000 0x00400880 0x00000000
0x7fffffffdd60: >0x00400b80< 0x00000000 0x0d861c00 0x9c37e70f
0x7fffffffdd70: 0x00400ad0 0x00000000 0xf76ac830 0x00007fff
0x7fffffffdd80: 0x00000000 0x00000000 0xffffde58 0x00007fff
x命令是gdb中用来打印内存的命令，具体内容可问闷得儿（baidu）或狗剩（google）。
这一坨是什么东西？都是16进制，看不出什么含义，仅知道对象a和b都指向一个相同的内容（0x00400b80）
不同pa，在linux中还有另外一个强大的命令 pmap,用pmap可以查看指定进程的地址空间分布。
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ pidof a.out
31272
icekylin@icekylin:~/clion_projects/untitled$ pmap -d 31272
31272: /home/icekylin/clion_projects/untitled/a.out
Address Kbytes Mode Offset Device Mapping
(1) 0000000000400000 4 r-x-- 0000000000000000 008:00012 a.out
(2) 0000000000600000 4 r---- 0000000000000000 008:00012 a.out
(3) 0000000000601000 4 rw--- 0000000000001000 008:00012 a.out
0000000000602000 200 rw--- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
00007ffff716d000 88 r-x-- 0000000000000000 008:00012 libgcc_s.so.1
00007ffff7183000 2044 ----- 0000000000016000 008:00012 libgcc_s.so.1
00007ffff7382000 4 rw--- 0000000000015000 008:00012 libgcc_s.so.1
00007ffff7383000 1056 r-x-- 0000000000000000 008:00012 libm-2.23.so
00007ffff748b000 2044 ----- 0000000000108000 008:00012 libm-2.23.so
00007ffff768a000 4 r---- 0000000000107000 008:00012 libm-2.23.so
00007ffff768b000 4 rw--- 0000000000108000 008:00012 libm-2.23.so
00007ffff768c000 1788 r-x-- 0000000000000000 008:00012 libc-2.23.so
00007ffff784b000 2048 ----- 00000000001bf000 008:00012 libc-2.23.so
00007ffff7a4b000 16 r---- 00000000001bf000 008:00012 libc-2.23.so
00007ffff7a4f000 8 rw--- 00000000001c3000 008:00012 libc-2.23.so
00007ffff7a51000 16 rw--- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
00007ffff7a55000 1480 r-x-- 0000000000000000 008:00012 libstdc++.so.6.0.21
00007ffff7bc7000 2048 ----- 0000000000172000 008:00012 libstdc++.so.6.0.21
00007ffff7dc7000 40 r---- 0000000000172000 008:00012 libstdc++.so.6.0.21
00007ffff7dd1000 8 rw--- 000000000017c000 008:00012 libstdc++.so.6.0.21
00007ffff7dd3000 16 rw--- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
00007ffff7dd7000 152 r-x-- 0000000000000000 008:00012 ld-2.23.so
00007ffff7fd5000 20 rw--- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
00007ffff7ff6000 8 rw--- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
00007ffff7ff8000 8 r---- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
00007ffff7ffa000 8 r-x-- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
00007ffff7ffc000 4 r---- 0000000000025000 008:00012 ld-2.23.so
00007ffff7ffd000 4 rw--- 0000000000026000 008:00012 ld-2.23.so
00007ffff7ffe000 4 rw--- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
00007ffffffde000 132 rw--- 0000000000000000 000:00000 [ stack ]
ffffffffff600000 4 r-x-- 0000000000000000 000:00000 [ anon ]
mapped: 13268K writeable/private: 428K shared: 0K
本文中只关心在上述结果标记的序号内容。
- (1) a.out的代码段
- (2) a.out的数据段
- (3) a.out的堆
从序号1和2可以看出0x00400b80位于进程的代码段上,“多出来的”0x00400880也位于代码段。
既然是代码就好办了，回到gdb的窗口，使用disassemble查看下0x00400880到底是什么？
(gdb) disassemble 0x00400880
Dump of assembler code for function _start:
0x0000000000400880 <+0>: xor %ebp,%ebp
0x0000000000400882 <+2>: mov %rdx,%r9
0x0000000000400885 <+5>: pop %rsi
0x0000000000400886 <+6>: mov %rsp,%rdx
0x0000000000400889 <+9>: and $0xfffffffffffffff0,%rsp
0x000000000040088d <+13>: push %rax
0x000000000040088e <+14>: push %rsp
0x000000000040088f <+15>: mov $0x400b40,%r8
0x0000000000400896 <+22>: mov $0x400ad0,%rcx
0x000000000040089d <+29>: mov $0x400976,%rdi
0x00000000004008a4 <+36>: callq 0x4007f0 <__libc_start_main@plt>
0x00000000004008a9 <+41>: hlt
End of assembler dump.
原来认为多出来的内存内容居然是_start这货，（关于_start请自行闷得儿）。
现在在确认下0x00400b80地址到底是什么：
(gdb) disassemble 0x00400b80
Dump of assembler code for function _ZTV1A:
0x0000000000400b70 <+0>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b72 <+2>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b74 <+4>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b76 <+6>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b78 <+8>: cwtl
0x0000000000400b79 <+9>: or 0x0(%rax),%eax
0x0000000000400b7c <+12>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b7e <+14>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b80 <+16>: xor %cl,(%rdx)
0x0000000000400b82 <+18>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b85 <+21>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b87 <+23>: add %bl,0x40(%rdx,%rcx,1)
0x0000000000400b8b <+27>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b8d <+29>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b8f <+31>: add %cl,0x400a(%rax)
0x0000000000400b95 <+37>: add %al,(%rax)
0x0000000000400b97 <+39>: add %dl,0x6010(%rax)
End of assembler dump.
恭喜你终于找到了类A，不必犹豫，直接x命令查看这个地址内容吧。
(gdb) x /16xw 0x00400b80
0x400b80 <_ZTV1A+16>: 0x00400a30 0x00000000 0x00400a5c 0x00000000
0x400b90 <_ZTV1A+32>: 0x00400a88 0x00000000 0x00601090 0x00000000
0x400ba0 <_ZTI1A+8>: 0x00400ba8 0x00000000 0x00004131 0x3b031b01
0x400bb0: 0x00000060 0x0000000b 0xfffffc24 0x000000ac
见到代码段的内容，毫不犹豫直接disassemble：
(gdb) disassemble 0x00400a30
Dump of assembler code for function A::fun():
(gdb) disassemble 0x00400a5c
Dump of assembler code for function A::funa():
(gdb) disassemble 0x00400a88
Dump of assembler code for function A::funb():
按照地址的排序，顺序放着fun,funa,funb，在代码段中找到了这三个函数。
到这里笔者相信根据以上的信息足够画出类A的内存模型图了。
4. 类A的对象模型图
