使用 CL 编译器选项查看 C++ 类内存布局--转

  今天查资料的时候发现 VS 编译器 CL 的一个编译选项可以查看 C++ 类的内存布局，非常有用。使用如下，从开始程序菜单找到 Visual Stdio 2008/2005 Command Prompt，选择 VS 的命令行工具，按如下格式使用：

>cl –d1reportSingleClassLayout[classname]  test.cpp

而使用 –d1reportAllClassLayout 则可以查看源文件中所有类及结构体的内存布局。

其中，classname 为类名，－d1reportSingleClassLayout[classname] 之间没有空格。编写程序测试：

比较奇怪，加上 #include <iostream> 后，测试结构体的时候就会出现很输出，应该是库中的类，看起来真麻烦，所以这里去掉它。

复制代码1: //test: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayout[className]

1
1: //test: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayout[className]

复制代码2: //#include <iostream>

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2: //#include <iostream>

复制代码3:  

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3:  

复制代码4: //using namespace std;

1
4: //using namespace std;

复制代码5:  

1
5:  

复制代码6: struct S

1
6: struct S

复制代码7: {

1
7: {

复制代码8: char x;

1
8: char x;

复制代码9: int y;

1
9: int y;

复制代码10: double z;

1
10: double z;

复制代码11: };

1
11: };

复制代码12: class TestClass

1
12: class TestClass

复制代码13: {

1
13: {

复制代码14: private:

1
14: private:

复制代码15: char y;

1
15: char y;

复制代码16: double z;

1
16: double z;

复制代码17: int x;

1
17: int x;

复制代码18: };

1
18: };

复制代码19: //base

1
19: //base

复制代码20: class Base

1
20: class Base

复制代码21: {

1
21: {

复制代码22: private:

1
22: private:

复制代码23: int x;

1
23: int x;

复制代码24: public:

1
24: public:

复制代码25: virtual void f1();

1
25: virtual void f1();

复制代码26: virtual int g1();

1
26: virtual int g1();

复制代码27: };

1
27: };

复制代码28: //Derived

1
28: //Derived

复制代码29: class Derived: public Base

1
29: class Derived: public Base

复制代码30: {

1
30: {

复制代码31: private:

1
31: private:

复制代码32: char y;

1
32: char y;

复制代码33: public:

1
33: public:

复制代码34: virtual float f2();

1
34: virtual float f2();

复制代码35: };

1
35: };

复制代码36: //Derived2

1
36: //Derived2

复制代码37: class Derived2: public Base

1
37: class Derived2: public Base

复制代码38: {

1
38: {

复制代码39: private:

1
39: private:

复制代码40: double z;

1
40: double z;

复制代码41: public:

1
41: public:

复制代码42: virtual void f1();

1
42: virtual void f1();

复制代码43: virtual float v2();

1
43: virtual float v2();

复制代码44: int f3();

1
44: int f3();

复制代码45: };

1
45: };

复制代码46: //

1
46: //

复制代码47: class Base2

1
47: class Base2

复制代码48: {

1
48: {

复制代码49: private:

1
49: private:

复制代码50: int yy;

1
50: int yy;

复制代码51: public:

1
51: public:

复制代码52: virtual void g2();

1
52: virtual void g2();

复制代码53: };

1
53: };

复制代码54: //多重继承

1
54: //多重继承

复制代码55: class Derived3: public Base, public Base2

1
55: class Derived3: public Base, public Base2

复制代码56: {

1
56: {

复制代码57: private:

1
57: private:

复制代码58: double zz;

1
58: double zz;

复制代码59: public:

1
59: public:

复制代码60: virtual void g3();

1
60: virtual void g3();

复制代码61: };

1
61: };

复制代码62: //

1
62: //

复制代码63: int main()

1
63: int main()

复制代码64: {

1
64: {

复制代码65: return 0;

1
65: return 0;

复制代码66: }

1
66: }

//测试，1：测试结构体 S：>cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutS

可以看到，VC 默认情况下，结构体内使用字节对齐，char x, 和 int y 之间填充了 3 个字节的空间。默认情况，VC 对结构体内的字节按最大字节对齐，成员变量之间的顺序不同，结构体所占空间也可能不同。

2. 测度类 TestClass: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutTestClass

同样可以看到，类 TestClass 中数据成员的按最大数据成员字节对齐，char y 和 double z 之间插入了 7 个字节，double z 和 int x 之间插入了 4 个字节，按 double 型对齐,32 位机器上， sizeof(double) = 8。

3.测试有虚函数的类 Base： >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutBase

其中{vfptr}是虚函数表，可以看到，VC 将虚函数表地址放在了对象的头 4 个字节，接着才是数据成员。虚函数表是一个数组，里面存放的是类中虚函数的地址，可以看到虚函数成员的地址是按照声明的顺序存放的。

4.测试子类 Derived:>cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived

可以看到，基类的虚函数存放在虚表的前面，子类中自己声明的虚函数按顺序存放在后面。

5.测试子类Derived2: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived2

可以看到，子类 Derived2 中重写了基类 Base 中的虚函数 f1()，因此 Devried2 的虚表中 f1() 的位置被 Derived2 重写的 f1() 代替，因此便实现了多态。非虚函数地址不存放在虚表中。

6.测试多重继承的类Derived3: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived3

可以看到VC中对多重继承的处理，子类 Derived3 的对象中，前 4 个字节存放的是第一个基类的 虚表，然后是第一个基类的数据成员。接着是第 2 个基类的虚表及数据成员。最后才是自己的数据成员。其中，Derived3::$vftable@Base2@: －8， －8 表示第 2 个基类相对于虚表相对于 Derived3 的偏移量 offset。

 

//测试结构体的字节对齐，以及 #pragma pack(1), offsetof(struct,number) 的用法。

复制代码1: #include <iostream>

1
1: #include <iostream>

复制代码2:  

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2:  

复制代码3: using namespace std;

1
3: using namespace std;

复制代码4:  

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4:  

复制代码5: struct st1

1
5: struct st1

复制代码6: {

1
6: {

复制代码7: short number;

1
7: short number;

复制代码8: float grade;

1
8: float grade;

复制代码9: float grade2;

1
9: float grade2;

复制代码10: float grade3;

1
10: float grade3;

复制代码11: char level;

1
11: char level;

复制代码12: }; //20

1
12: }; //20

复制代码13:  

1
13:  

复制代码14: struct st2

1
14: struct st2

复制代码15: {

1
15: {

复制代码16: char level;

1
16: char level;

复制代码17: short number;

1
17: short number;

复制代码18: float grade;

1
18: float grade;

复制代码19: float grade2;

1
19: float grade2;

复制代码20: float grade3;

1
20: float grade3;

复制代码21: };//16

1
21: };//16

复制代码22:  

1
22:  

复制代码23: #pragma pack(1)

1
23: #pragma pack(1)

复制代码24: struct st3

1
24: struct st3

复制代码25: {

1
25: {

复制代码26: char level;

1
26: char level;

复制代码27: short number;

1
27: short number;

复制代码28: float grade;

1
28: float grade;

复制代码29: float grade2;

1
29: float grade2;

复制代码30: float grade3;

1
30: float grade3;

复制代码31: }; //15

1
31: }; //15

复制代码32: #pragma pack()

1
32: #pragma pack()

复制代码33:  

1
33:  

复制代码34: void TestSizeOf()

1
34: void TestSizeOf()

复制代码35: {

1
35: {

复制代码36: cout << __FUNCTION__ << endl;

1
36: cout << __FUNCTION__ << endl;

复制代码37:  

1
37:  

复制代码38: cout << " sizeof(short)= " << sizeof(short) << endl << endl;

1
38: cout << " sizeof(short)= " << sizeof(short) << endl << endl;

复制代码39:  

1
39:  

复制代码40: cout << " sizeof(st1)= " << sizeof (st1) << endl;

1
40: cout << " sizeof(st1)= " << sizeof (st1) << endl;

复制代码41: cout << " offsetof(st1,number) " << offsetof(st1,number) << endl;

1
41: cout << " offsetof(st1,number) " << offsetof(st1,number) << endl;

复制代码42: cout << " offsetof(st1,grade) " << offsetof(st1,grade) << endl;

1
42: cout << " offsetof(st1,grade) " << offsetof(st1,grade) << endl;

复制代码43: cout << " offsetof(st1,grade2) " << offsetof(st1,grade2) << endl;

1
43: cout << " offsetof(st1,grade2) " << offsetof(st1,grade2) << endl;

复制代码44: cout << " offsetof(st1,grade3) " << offsetof(st1,grade3) << endl;

1
44: cout << " offsetof(st1,grade3) " << offsetof(st1,grade3) << endl;

复制代码45: cout << " offsetof(st1,level) " << offsetof(st1,level) << endl << endl;

1
45: cout << " offsetof(st1,level) " << offsetof(st1,level) << endl << endl;

复制代码46:  

1
46:  

复制代码47: cout << " sizeof(st2)= " << sizeof (st2) << endl;

1
47: cout << " sizeof(st2)= " << sizeof (st2) << endl;

复制代码48: cout << " offsetof(st2,level) " << offsetof(st2,level) << endl;

1
48: cout << " offsetof(st2,level) " << offsetof(st2,level) << endl;

复制代码49: cout << " offsetof(st2,number) " << offsetof(st2,number) << endl;

1
49: cout << " offsetof(st2,number) " << offsetof(st2,number) << endl;

复制代码50: cout << " offsetof(st2,grade) " << offsetof(st2,grade) << endl;

1
50: cout << " offsetof(st2,grade) " << offsetof(st2,grade) << endl;

复制代码51: cout << " offsetof(st2,grade2) " << offsetof(st2,grade2) << endl;

1
51: cout << " offsetof(st2,grade2) " << offsetof(st2,grade2) << endl;

复制代码52: cout << " offsetof(st2,grade3) " << offsetof(st2,grade3) << endl << endl;

1
52: cout << " offsetof(st2,grade3) " << offsetof(st2,grade3) << endl << endl;

复制代码53:  

1
53:  

复制代码54: cout << " sizeof(st3)= " << sizeof (st3) << endl;

1
54: cout << " sizeof(st3)= " << sizeof (st3) << endl;

复制代码55: cout << " offsetof(st3,level) " << offsetof(st3,level) << endl;

1
55: cout << " offsetof(st3,level) " << offsetof(st3,level) << endl;

复制代码56: cout << " offsetof(st3,number) " << offsetof(st3,number) << endl;

1
56: cout << " offsetof(st3,number) " << offsetof(st3,number) << endl;

复制代码57: cout << " offsetof(st3,grade) " << offsetof(st3,grade) << endl;

1
57: cout << " offsetof(st3,grade) " << offsetof(st3,grade) << endl;

复制代码58: cout << " offsetof(st3,grade2) " << offsetof(st3,grade2) << endl;

1
58: cout << " offsetof(st3,grade2) " << offsetof(st3,grade2) << endl;

复制代码59: cout << " offsetof(st3,grade3) " << offsetof(st3,grade3) << endl << endl;

1
59: cout << " offsetof(st3,grade3) " << offsetof(st3,grade3) << endl << endl;

复制代码60: }

1
60: }

复制代码61: int main()

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61: int main()

复制代码62: {

1
62: {

复制代码63: TestSizeOf();

1
63: TestSizeOf();

复制代码64: return 0;

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64: return 0;

复制代码65: }

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65: }

其中，VC对结构体中的数据成员默认按照最大成员对齐，#pragma pack(num) 可以设置对齐字节数，可以为1、2、4、8、16 。也可以使用编译选项 /Zp[1|2|4|8|16] 修改对齐方式，取消修改用#pragma pack()，如果结构体某成员的 sizeof 大于你设置的，则按你的设置来对齐。注意 offsetof 的用法，可以很容易观察结构体的内部结构

还可以使用前面所说的 cl –d1reportSingleClassLayout[classname]  test.cpp 编译选项进行相互验证。