C 如何在記憶體中排列對象，這對於動態轉換和重新解釋意味著什麼？

C 物件的記憶體佈局

問題：

C 在記憶體中是如何佈置對象的？聽說動態強制轉換只調整物件在記憶體中的指針，帶偏移量；而重新解釋允許我們對此指針做任何操作。我不太理解。請提供詳細資訊！

解答：

記憶體佈局

記憶體佈局主要取決於實作。但有一個關鍵例外，即具有相同存取說明符的成員變數將按聲明順序排列。

§ 9.2.14

非静态数据成员（非联合）具有相同访问控制权的类（Clause 11）被分配，以便后续成员在类对象中具有更高的地址。具有不同访问控制权的非静态数据成员的分配顺序未指定（11）。实现对齐要求可能导致两个相邻成员不会立即相互分配；管理虚拟函数（10.3）和虚拟基类（10.1）的空间要求也可能导致这种情况。

其他記憶體管理

除了成員變數之外，類別或結構還需要為成員變數、基底類別的子物件、虛擬函數管理（例如虛擬表）以及這些資料的填充和對齊提供空間。這取決於實現，但 Itanium ABI 規範是一種流行的選擇。 gcc 和 clang 遵循它（至少在某種程度上）。

http://mentorembedded.github.io/cxx-abi/abi.html#layout

Itanium ABI

當然，Itanium ABI 不是 C 標準的一部分，也沒有約束力。要獲得更詳細的信息，你需要查閱實現者的文件和工具。 clang 提供了一個工具來查看類別的記憶體佈局。例如，以下內容：

class VBase {
    virtual void corge();
    int j;
};

class SBase1 {
    virtual void grault();
    int k;
};

class SBase2 {
    virtual void grault();
    int k;
};

class SBase3 {
    void grault();
    int k;
};

class Class : public SBase1, SBase2, SBase3, virtual VBase {
public:
    void bar();
    virtual void baz();
    // 不允许虚拟成员函数模板，原因考虑内存布局和虚表
    // template<typename T>
    // virtual void quux();
private:
    int i;
    char c;
public:
    float f;
private:
    double d;
public:
    short s;
};

class Derived : public Class {
    virtual void qux();
};

int main() {
    return sizeof(Derived);
}

在建立使用類別記憶體佈局的來源檔案後，clang 將顯示記憶體佈局。

$ clang -cc1 -fdump-record-layouts layout.cpp

Class 的版面：

*** Dumping AST Record Layout
   0 | class Class
   0 |   class SBase1 (primary base)
   0 |     (SBase1 vtable pointer)
   8 |     int k
  16 |   class SBase2 (base)
  16 |     (SBase2 vtable pointer)
  24 |     int k
  28 |   class SBase3 (base)
  28 |     int k
  32 |   int i
  36 |   char c
  40 |   float f
  48 |   double d
  56 |   short s
  64 |   class VBase (virtual base)
  64 |     (VBase vtable pointer)
  72 |     int j
     | [sizeof=80, dsize=76, align=8
     |  nvsize=58, nvalign=8]

更多記憶體版面資訊

更多有關此clang特性的資訊可以在Eli Bendersky 的部落格上找到：

http://eli.thegreenplace.net/2012/12/17/dumping-a-c-objects-memory-layout-with-clang/

gcc 提供了一個類似的工具`-fdump-class-hierarchy'。對於上面給出的類，它輸出（除其他內容外）：

Class Class
   size=80 align=8
   base size=58 base align=8
Class (0x0x141f81280) 0
    vptridx=0u vptr=((& Class::_ZTV5Class) + 24u)
  SBase1 (0x0x141f78840) 0
      primary-for Class (0x0x141f81280)
  SBase2 (0x0x141f788a0) 16
      vptr=((& Class::_ZTV5Class) + 56u)
  SBase3 (0x0x141f78900) 28
  VBase (0x0x141f78960) 64 virtual
      vptridx=8u vbaseoffset=-24 vptr=((& Class::_ZTV5Class) + 88u)

它沒有逐項列出成員變量（或至少我不知道如何獲取），但你可以看出它們必須位於偏移量28 和64 之間，就像clang 佈局一樣。

你可以看到一個基類被指定為 primary。當 Class 被存取為 SBase1 時，這取消了 this 指標調整的需要。

其他編譯器指令

以下等價指令適用於不同編譯器：

• gcc：$ g -fdump-class- hierarchy -c layout.cpp
• Visual C ：cl main.cpp /c /d1reportSingleClassLayoutTest_A

見：https://blogs.msdn.microsoft.com/vcblog/2007 05/17/diagnosing-hidden-odr-violations-in-visual-c-and-fixing-lnk2022/

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