探討C++ 變量生命週期、棧分配方式、類內存佈局、Debug和Release程序的區別（二）

時間 2019-11-18

標籤探討 c++ 變量生命週期分配方式內存佈局 debug release 程序區別欄目 C&C++ 简体版

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看此文，務必須要先了解本文討論的背景，很少說，給出連接：html

探討C++ 變量生命週期、棧分配方式、類內存佈局、Debug和Release程序的區別（一）函數

本文會以此問題做爲討論的實例，來具體討論如下四個問題：佈局

（1） C++變量生命週期優化

（2） C++變量在棧中分配方式spa

（3） C++類的內存佈局指針

（4） Debug和Release程序的區別code

一、Debug版本輸出現象解析htm

先來講說Debug版本的輸出，前5次輸出，交替輸出，後5次輸出，交替輸出，可是，前5次和後5次的地址是不同的。對象

咱們來看看反彙編：blog

              T1 r(2);
01363A0D  push        2 01363A0F lea ecx,[r]
01363A12 call T1::T1 (1361172h)
              p[i]=&r;
01363A17  mov         eax,dword ptr [i]
01363A1A  lea         ecx,[r]
01363A1D  mov         dword ptr p[eax*4],ecx

關鍵是看對象r的地址是如何分配的，可是，反彙編中彷佛沒有明顯的信息，只有一句：lea ecx,[r]，這條語句是什麼意思呢？將對象r的地址取到通用寄存器ecx中。

咱們知道，程序在編譯連接的時候，變量相對於棧頂的位置就肯定了，稱爲相對地址肯定。因此，此時程序在運行了，根據所在環境，變量的絕對地址也就肯定了。

經過lea指令取得對象地址，調用對象的構造函數來進行構造，即語句call T1::T1 (1361172h). 構造完以後，對象所在地址的值才被正確填充。

好了，咱們知道了這些局部變量相對於棧的相對地址，其實在編譯連接的時候就肯定了，那麼，這個策略是什麼樣的呢？就是說，編譯器是如何來決定這些局部變量的地址的呢？

通常來講，對於不一樣的變量，編譯器都會分配不一樣的地址，通常是按照順序分配的。可是，對於那些局部變量，並且很是明顯的生命週期已經結束了，同一個地址，也會分配給不一樣的變量。

舉個例子，地址0X00001110，被編譯器用來存放變量A，同時也可能被編譯器用來存放變量B，若是A和B的大小相等，而且確定不會同時存在。

編譯器在判斷一個地址是否可以被多個變量同時使用的時候，這個判斷策略取決於編譯器自己，不一樣的編譯器判斷策略不一樣。

微軟的編譯器，就是根據代碼的自身邏輯來判斷的。當編譯器檢測到如下代碼的時候：

  for(int i=0;i<5;i++)
    {
        if(i%2==0)
        {
            T1 r(2);
            p[i]=&r;
            cout<<&r<<endl;
        }
        else
        {
            T2 r(3);
            p[i]=&r;
            cout<<&r<<endl;
        }
    }

微軟的編譯器認爲，只須要分配兩個地址則可，分別用來保存兩個對象，循環執行的話，由於前一次生成對象的生命週期已經結束，直接使用原來的地址則可。

所以，咱們在用VS編譯這段程序時，就出現了地址交替輸出的狀況。

當微軟的編譯器接着又看到如下代碼的時候，

 for(int i=5;i<10;i++)
    {
        if(i%2==0)
        {
            T1 r(4);
            p[i]=&r;
            cout<<&r<<endl;
        }
        else
        {
            T2 r(5);
            p[i]=&r;
            cout<<&r<<endl;
        }
    }

微軟的編譯器認爲，須要再分配兩個地址，分別用來保存這兩個新的對象，

因而，咱們再次看到了地址交替輸出的狀況，只是這一次交替輸出的地址與前一次交替輸出的地址不一樣。

延伸1：稍微修改代碼再試試

咱們已經可以理解VS下Debug版本爲何會輸出這樣的結果了，再延伸一下，咱們把代碼進行修改：

  修改前的代碼：

    for(int i=0;i<5;i++)
    {
        if(i%2==0)
        {
            T1 r(2);
            p[i]=&r;
            cout<<&r<<endl;
        }
        else
        {
            T2 r(3);
            p[i]=&r;
            cout<<&r<<endl;
        }
    }

修改後的代碼爲：
  if (0 == i)
      {
            T1 r(2);
            p[i]=&r;
            cout << &r << endl;
        }
        else if (1 == i)
        {
            T2 r(3);
            p[i]=&r;
            cout << &r << endl;
        }
        else if (2 == i)
        {
            T1 r(2);
            p[i]=&r;
            cout << &r << endl;
        }
        else if (3 == i)
        {
            T2 r(3);
            p[i]=&r;
            cout << &r << endl;
        }
        else if (4 == i)
        {
            T1 r(2);
            p[i]=&r;
            cout << &r << endl;
        }
）

代碼修改以後，功能徹底同樣，那麼前五次循環的輸出會有什麼不一樣嗎？

也許你猜到了，修改完代碼以後，前5次地址輸出，是5個不一樣的地址，按規律遞增或者遞減。

很明顯，代碼的改動，編譯器的認知也改變了，分配了5個地址來給這5個對象使用。

延伸2：GCC編譯器是如何編譯這段代碼的呢？

咱們再延伸一下，不一樣的編譯器，對代碼的編譯是不一樣的，GCC編譯器是如何編譯這段代碼的呢？默認編譯以後，運行結果以下：

不用我說，你們也知道了，GCC編譯器檢測到這些變量生命週期結束了，儘管有十次循環，儘管代碼有改動，可是GCC仍然只有分配一個地址供這些變量使用。

理由很簡單，變量的生命週期結束了，它的地址天然就能夠給其餘變量用了，更況且這樣變量的大小仍是同樣的呢！

二、VS下Release版本輸出現象解析：

再也不延伸，回到正題，VS下Release版本的表現爲何和Debug版本不同呢？

一樣，咱們來看原始代碼的反彙編：

        if(i%2==0)
         {
              T1 r(2);
              p[i]=&r;
              cout<<&r<<endl;
00C11020  mov         ecx,dword ptr [__imp_std::endl (0C12044h)]
00C11026  push        ecx 
00C11027  mov         ecx,dword ptr [__imp_std::cout (0C12048h)]
00C1102D  test        bl,1
00C11030  jne         main+42h (0C11042h)
00C11032 lea eax,[esp+14h]
00C11036  mov         dword ptr [esp+14h],ebp
00C1103A  mov         dword ptr [esp+18h],ebp
00C1103E  mov         edx,eax
         }
         else
00C11040  jmp         main+50h (0C11050h)
         {
              T2 r(3);
              p[i]=&r;
00C11042 lea eax,[esp+1Ch]
00C11046  mov         dword ptr [esp+1Ch],edi
00C1104A  mov         dword ptr [esp+20h],esi
              cout<<&r<<endl;
         }