【C++對象模型】使用gcc、clang和VC++顯示C++類的內存佈局

引言

各類C++實現對C++類/對象的內存佈局可能有所不一樣，包括數據成員的順序、虛函數表(virtual table: vtbl)的結構、繼承關係的處理等。瞭解C++類/對象的佈局，對於理解C++各類機制，正確合理地進行設計和開發有很大的幫助。

主流編譯器的支持

本文所述的3款主流編譯器都提供打印/導出C++類/對象的內存佈局的功能，現用表格列出其特性和用法，測試用的代碼文件列於文後(data.cpp)

編譯器及驗證版本	用法	說明
gcc 4.8.4	gcc --fdump-class-hierarchy data.cpp	導出的佈局圖示在data.cpp同一目錄下的一個.class文件中， 如data.cpp.002t.class,內容示例： VTT for A A::_ZTT1A: 4u entries 0 ((& A::_ZTV1A) + 24u) 8 ((& A::_ZTC1A0_1Y) + 24u) 16 ((& A::_ZTC1A8_1Z) + 24u) 24 ((& A::_ZTV1A) + 48u) Class A size=16 align=8 base size=16 base align=8 A (0x0x7f9dbc60c540) 0 vptridx=0u vptr=((& A::_ZTV1A) + 24u) Y (0x0x7f9dbc5c11a0) 0 nearly-empty primary-for A (0x0x7f9dbc60c540) subvttidx=8u X (0x0x7f9dbc5ccae0) 0 empty virtual vbaseoffset=-24 Z (0x0x7f9dbc5c1208) 8 nearly-empty subvttidx=16u vptridx=24u vptr=((& A::_ZTV1A) + 48u) X (0x0x7f9dbc5ccae0) alternative-path
clang 3.4	clang -Xclang -fdump-record-layouts data.cpp	要求data.cpp中有對相關類作sizeof求值的語句，輸出在stdout，相似 *** Dumping AST Record Layout 0 | class A 0 | class Y (primary base) 0 | (Y vtable pointer) 8 | class Z (base) 8 | (Z vtable pointer) 0 | class X (virtual base) (empty) | [sizeof=16, dsize=16, align=8 | nvsize=16, nvalign=8]
VC++ 2010	添加編譯選項 /d1reportSingleClassLayout<類名> ：輸出單個類相關佈局 或 /d1reportAllClassLayout： 輸出全部類相關佈局	編譯時輸出在「輸出」窗口中，相似以下： 1> class A size(8): 1> +--- 1> | +--- (base class Y) 1> 0 | | {vbptr} 1> | +--- 1> | +--- (base class Z) 1> 4 | | {vbptr} 1> | +--- 1> +--- 1> +--- (virtual base X) 1> +--- 1> 1> A::$vbtable@Y@: 1> 0 | 0 1> 1 | 8 (Ad(Y+0)X) 1> 1> A::$vbtable@Z@: 1> 0 | 0 1> 1 | 4 (Ad(Z+0)X)

 

測試所用代碼文件

data.cpp

#include <cstdio>

class X {};                                                     
class Y : public virtual X {};                                  
class Z : public virtual X {};                                  
class A : public Y, public Z {};                                

int main(int argc, char** argv)                                 
{                      
    printf("Ptr: %lu\n", sizeof(void*));                        

    printf("X: %lu\n", sizeof(X));                              
    printf("Y: %lu\n", sizeof(Y));                                                                 
    printf("Z: %lu\n", sizeof(Z));                              
    printf("A: %lu\n", sizeof(A));                              

    return 0;                                                   
}