对象在内存中是什么样子的？ [复制]答案

【问题标题】：What does an object look like in memory? [duplicate]对象在内存中是什么样子的？ [复制]
【发布时间】：2012-09-04 21:19:50
【问题描述】：

可能重复：
Structure of a C++ Object in Memory Vs a Struct
memory layout c++ objects

这可能是一个非常愚蠢的问题，但我还是会问。我很好奇对象在内存中的样子。显然，它必须包含所有成员数据。我假设对象的函数不会在内存中重复（或者我错了？）。内存中的 999 个对象都一遍又一遍地定义相同的函数，这似乎很浪费。如果所有999个对象的内存中只有1个函数，那么每个函数如何知道要修改谁的成员数据（我特别想在底层知道）。是否有一个对象指针被发送到幕后的函数？也许每个编译器都不一样？

另外，static 关键字对此有何影响？对于静态成员数据，我认为所有 999 个对象都将使用完全相同的内存位置存储它们的静态成员数据。这个存储在哪里？我想静态函数也只是内存中的一个位置，并且不必与实例化对象交互，我想我理解。

【问题讨论】：

这是一个很酷的问题
这是一个非常有趣的问题，但我认为在这里得到了回答：stackoverflow.com/questions/1632600/memory-layout-c-objects 和这里：stackoverflow.com/questions/422830/…
嗯...就像一堆0和1...
这件事有一整本书：Inside the C++ Object Model。考虑一下，无论答案中包含多少信息，还有很多东西需要学习。
我想知道将这个问题标记为重复的罪魁祸首/原因是什么其他问题...这两个“可能的重复”是 not 这个重复的（即“内存中C++对象的结构与结构”并没有解决OP关于如何布局函数的问题，并且“内存布局c++对象”被关闭为“太宽泛”并且没有任何非常有用的答案） ...

标签： c++

【解决方案1】：

静态类成员的处理方式几乎与全局变量/函数完全相同。因为它们没有绑定到实例，所以没有什么关于内存布局的讨论。

类成员变量如您所想，对于每个实例都是重复的，因为每个实例对于每个成员变量都可以有自己唯一的值。

类成员函数在内存中的代码段中只存在一次。在低级别，它们就像普通的全局函数一样，但它们接收指向this 的指针。使用 x86 上的 Visual Studio，它是通过使用 thiscall 调用约定的 ecx 注册。

当谈到虚函数、多态性时，内存布局变得更加复杂，引入了一个“vtable”，它基本上是一堆定义类实例拓扑结构的函数指针。

【讨论】：

为了迂腐，成员函数不会“收到指向this 的指针”。相反，情况正好相反。成员函数有一个隐含的实例参数，在函数体内，this 是一个指向该实例的指针。
即使有这样的描述，说函数接收到this 指针仍然是正确的。这是通过ecx 传递的参数，而不是堆栈。或者我没听懂你的意思。
这只是一种常见的思维捷径，当人们日后试图理解成员函数重载解决方案时，它会给他们带来麻烦。这在这里并不重要，但我想我指出了语言定义成员函数的方式。
如果类包含一个vtable，那么在内存布局的某个地方会有一个指向vtable的指针。如果存在多重继承，则可能存在多个 vtable 和多个指针。重要的是要注意 vtable 不是每个对象的一部分，只是指向它的指针。

【解决方案2】：

正如您所怀疑的，数据成员（字段）是按顺序排列的。这也包括基类的字段。

如果类（或其基类之一）包含任何虚拟方法，则布局通常以 vptr 开头，即指向虚拟表（或 vtable）的指针，该表是指向与该类相关的函数实现的指针表.请注意，这不是标准定义的，但 AFAIK 所有当前的编译器都使用这种方法。此外，多重继承会变得更复杂，所以我们暂时忽略它。

+-----------+
|  vptr     |  pointer to vtable which is located elsewhere
+-----------+
|  fieldA   |  first member
|  fieldB   |  ...
|  fieldC   |
|  ...      |
+-----------+

字段可以占用比它们各自大小的总和更多的空间，这取决于打包（例如，1 字节打包确保没有间隙，但在性能方面比 4 或 8 字节打包效率低）。

成员函数（非静态）接收指向对象的指针，但如何完成是特定于实现和平台的，例如在 x86 架构上，指针通常通过ecx 寄存器传递。这也没有被标准定义。

静态函数类似于全局函数，它们对位于数据段中的静态类字段（类的所有实例共享）进行操作。

【讨论】：

【解决方案3】：

你在这里问了几个问题...

布局

所有非静态成员都像结构一样组织在内存中。如果编译器选择放入任何填充，可能会有填充。如果你有一个对象数组，它就像一个结构数组

静态成员

显然是分开存储的。一份。

函数调用

课程的幕后正在发生一些小魔术。当您调用成员函数时，它与任何其他函数非常相似，只是它具有不同的调用约定。实际上，这会将对象的指针 (this) 插入到参数列表中。

[edit：函数本身的代码不会与您的对象一起存储——这允许您做一些有趣的事情，例如delete this，并在您不再访问的情况下继续执行成员函数您刚刚删除的对象]。

当您拥有重载或多态函数时，事情会变得更加神奇。 This article 是我在大约 5 秒内搜索到的解释。我敢肯定还有很多。我从来不关心对象调用的内部结构，但知道总是很高兴。

您应该尝试制作一个展示所有这些不同方面的类，并查看每种情况下生成的程序集。我之前在调整一些时间关键的代码时已经这样做了。

【讨论】：

【解决方案4】：

首先要注意的是，在 C++ 中，“对象”一词包括整数之类的东西。

接下来的事情是，结构几乎按照您的预期进行布局。内存中的一个成员跟随下一个成员，其间的填充量未定义。

当一个类从另一个类继承时，该类将从它的基类开始，而基类又可以从它自己的基类开始。因此，在单继承的情况下，Derived* 和 Base* 将是相同的值。在基类区域（其成员）之后将依次是派生类的成员，它们之间的填充量未定义。

当一个类从多个基类继承时，情况会有所不同。基本区域按顺序排列在内存中。 Base1 后跟 Base2 等...之后派生类的成员依次排列，它们之间的填充量未定义。

如果对象属于 POD 类，则可以保证该类中的第一个成员将位于对象所在的内存位置。这意味着 Class* 和 Class->firstMember* 将是相同的值。我认为这不适用于非 POD 实体。

对于多态类，即具有虚函数的类，将创建一个额外的秘密成员，称为 vtable。标准中的任何内容都不能保证这一点，但几乎是唯一的方法来做到这一点并遵守规则。每个类都有这个，所以如果你的类有基础，那么它就会有它的表，而你将拥有你的表来提供额外的功能。

所有成员函数的名称都将被修改并修改参数以接受this 作为第一个参数。当编译器构建东西时，这发生在幕后。 vtable 将指向虚函数。非虚拟将简单地静态解析并直接使用。

静态成员不是由类创建的对象的成员。静态成员只是一个具有不同作用域的全局变量。

【讨论】：

【解决方案5】：

它会有它的成员变量，如果它是多态的，还有一个虚函数表，其中包括一个指向它的虚方法实际关联的函数的指针列表。

静态意味着只有一个副本。

【讨论】：

通常每个对象不包含一个函数指针表，而是一个指向表的指针（对于每个多态子类型）。表本身在相同动态类型的所有对象之间共享，从而节省内存。并且这些表不仅包含函数指针，还需要在子类型指针和函数的隐藏this 参数预期的指针类型之间进行调整。