编译的C ++类是什么样的？

Question

有了汇编指令和C程序的一些背景知识，我可以看到编译函数的样子，但有趣的是我从来没有仔细考虑过编译后的C ++类是什么样的。

bash$ cat class.cpp
#include<iostream>
class Base
{
  int i;
  float f;
};

bash$ g++ -c class.cpp

我跑了：

bash$objdump -d class.o
bash$readelf -a class.o

但是我得到的东西很难理解。

有人可以解释一下或提出一些好的起点。

Answer 1

这些类（或多或少）构造为常规结构。 这些方法（或多或少......）被转换成第一个参数为“this”的函数。 对类变量的引用是作为“this”的偏移量完成的。

至于继承，让我们引用C ++ FAQ LITE，它在这里反映了http://www.parashift.com/c++-faq-lite/virtual-functions.html#faq-20.4 。 本章介绍如何在真实硬件中调用虚函数（编译在机器代码中进行了哪些操作）。

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让我们举一个例子吧。 假设类Base有5个虚函数： virt0()到virt4() 。

 // Your original C++ source code
 class Base {
 public:
   virtual arbitrary_return_type virt0(...arbitrary params...);
   virtual arbitrary_return_type virt1(...arbitrary params...);
   virtual arbitrary_return_type virt2(...arbitrary params...);
   virtual arbitrary_return_type virt3(...arbitrary params...);
   virtual arbitrary_return_type virt4(...arbitrary params...);
   ...
 };

步骤＃1 ：编译器构建一个包含5个函数指针的静态表，将该表埋入静态内存中。 许多（并非所有）编译器在编译定义Base的第一个非内联虚函数的.cpp时定义此表。 我们将该表称为v表; 让我们假装它的技术​​名称是Base::__vtable 。 如果函数指针适合目标硬件平台上的一个机器字， Base::__vtable将最终消耗5个隐藏的内存字。 每个实例不是5个，而不是每个功能5个; 只是5.它可能看起来像下面的伪代码：

 // Pseudo-code (not C++, not C) for a static table defined within file Base.cpp

 // Pretend FunctionPtr is a generic pointer to a generic member function
 // (Remember: this is pseudo-code, not C++ code)
 FunctionPtr Base::__vtable[5] = {
   &Base::virt0, &Base::virt1, &Base::virt2, &Base::virt3, &Base::virt4
 };

步骤＃2 ：编译器向类Base的每个对象添加一个隐藏指针（通常也是一个机器字）。 这称为v指针。 将此隐藏指针视为隐藏数据成员，就好像编译器将您的类重写为以下内容：

 // Your original C++ source code
 class Base {
 public:
   ...
   FunctionPtr* __vptr;  ← supplied by the compiler, hidden from the programmer
   ...
 };

步骤＃3 ：编译器在每个构造函数中初始化this->__vptr 。 我们的想法是让每个对象的v指针指向其类的v表，就像它在每个构造函数的init-list中添加以下指令一样：

 Base::Base(...arbitrary params...)
   : __vptr(&Base::__vtable[0])  ← supplied by the compiler, hidden from the programmer
   ...
 {
   ...
 }

现在让我们计算一个派生类。 假设您的C ++代码定义了继承自Base类的类Der。 编译器重复步骤＃1和＃3（但不是＃2）。 在步骤＃1中，编译器创建一个隐藏的v表，保留与Base::__vtable相同的函数指针，但替换那些与覆盖相对应的插槽。 例如，如果Der通过virt2()重写virt0() virt2()继承其他，则Der的v-table可能看起来像这样（假装Der不添加任何新虚拟）：

 // Pseudo-code (not C++, not C) for a static table defined within file Der.cpp

 // Pretend FunctionPtr is a generic pointer to a generic member function
 // (Remember: this is pseudo-code, not C++ code)
 FunctionPtr Der::__vtable[5] = {
   &Der::virt0, &Der::virt1, &Der::virt2, &Base::virt3, &Base::virt4
 };                                        ^^^^----------^^^^---inherited as-is

在步骤＃3中，编译器在每个Der的构造函数的开头添加一个类似的指针赋值。 我们的想法是更改每个Der对象的v指针，使其指向其类的v-table。 （这不是第二个v指针;它是在基类Base中定义的相同的v指针;记住，编译器不会在类Der中重复步骤＃2。）

最后，让我们看看编译器如何实现对虚函数的调用。 您的代码可能如下所示：

 // Your original C++ code
 void mycode(Base* p)
 {
   p->virt3();
 }

编译器不知道这是调用Base::virt3()还是Der::virt3()还是virt3()另一个甚至还不存在的派生类的virt3()方法。 它只能确定你正在调用virt3() ，这恰好是v-table的插槽＃3中的函数。 它将该调用重写为以下内容：

 // Pseudo-code that the compiler generates from your C++

 void mycode(Base* p)
 {
   p->__vptr[3](p);
 } 

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我强烈建议每个C ++开发人员阅读FAQ。 它可能需要几周时间（因为它很难阅读和长篇）但它会教你很多关于C ++以及可以用它做什么。

Answer 2

好。 编译类没有什么特别之处。 编译的类甚至不存在。 存在的是具有平坦内存块的对象，并且字段之间可能存在填充？ 和代码中的独立成员函数，它将指针作为第一个参数指向对象。

所以Base类的对象应该是某种东西

（* base_address）：i（* base_address + sizeof（int））：f

字段之间可以填充吗？ 但这是特定于硬件的。 基于处理器内存模型。

另外......在调试版本中，可以在调试符号中捕获类描述。 但那是编译器特定的。 您应该搜索为您的编译器转储调试符号的程序。

Answer 3

“编译类”是指“编译方法”。

一个方法是一个带有额外参数的普通函数，通常放在一个寄存器中（我相信，对于大多数必须使用__thiscall约定生成COM对象的Windows编译器，这至少是％ecx）。

所以C ++类与一堆普通函数没有太大区别，除了名称修改和构造函数/析构函数中用于设置vtable的一些魔法。

Answer 4

与读取C对象文件的主要区别在于C ++方法名称被破坏 。 您可以尝试使用选项-C|--demangle with objdump 。

Answer 5

试试吧

g ++ -S class.cpp

这将为您提供一个汇编文件'class.s'（文本文件），您可以使用文本编辑器读取该文件。 但是，您的代码不会执行任何操作（声明类本身不会生成代码），因此您在汇编文件中没有太多内容。

Answer 6

像C结构和一组带有附加参数的函数，该参数是指向结构的指针。

遵循编译器所做的最简单的方法可能是在没有优化的情况下构建，然后将代码加载到调试器中并使用混合源/汇编程序模式逐步执行。

但是，编译器的重点是你不需要知道这些东西（除非你正在编写编译器）。