VS2008 使用 CL 编译器选项查看 C++ 类内存布局

叁歲伎倆 2022-04-11 05:40 280阅读 0赞

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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。

//test: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayout[className]
     //#include <iostream>
    
     //using namespace std;
    
     struct S
     {
       
         char x;
         int y;
         double z;
     };
    
     class TestClass
     {
       
     private:
         char y;
         double z;
         int x;
     };
    
     //base
     class Base
     {
       
     private:
         int x;
     public:
         virtual void f1();
         virtual int g1();
     };
    
    //Derived
     class Derived: public Base
     {
       
     private:
         char y;
     public:
         virtual float f2();
     };
    
     //Derived2
     class Derived2: public Base
     {
       
     private:
         double z;
     public:
         virtual void f1();
         virtual float v2();
         int f3();
    };
    
     //
     class Base2
     {
       
     private:
         int yy;
     public:
         virtual void g2();
     };
    
     //多重继承
     class Derived3: public Base, public Base2
     {
       
     private:
         double zz;
     public:
         virtual void g3();
     };
    
     //
     int main()
     {
       
         return 0;
     }

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

\[img\]https://p-blog.csdn.net/images/p\_blog\_csdn\_net/zhangcunli/596071/o\_Struct\_thumb\_1.jpg\[/img\]  
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

\[img\]https://p-blog.csdn.net/images/p\_blog\_csdn\_net/zhangcunli/596071/o\_testClass\_thumb.jpg\[/img\]  
  
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

\[img\]https://p-blog.csdn.net/images/p\_blog\_csdn\_net/zhangcunli/596071/o\_Base\_thumb\_1.jpg\[/img\]  
  
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

\[img\]https://p-blog.csdn.net/images/p\_blog\_csdn\_net/zhangcunli/596071/o\_Derived\_thumb\_1.jpg\[/img\]  
  
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

\[img\]https://p-blog.csdn.net/images/p\_blog\_csdn\_net/zhangcunli/596071/o\_Derived2\_thumb\_1.jpg\[/img\]  
  
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

\[img\]https://p-blog.csdn.net/images/p\_blog\_csdn\_net/zhangcunli/596071/o\_Derived3\_thumb.jpg\[/img\]  
  
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。

1: #include <iostream>
    2:  
    3: using namespace std;
    4:  
    5: struct st1
    6: {
       
    7: short number;
    8: float grade;
    9: float grade2;
    10: float grade3;
    11: char level;
    12: }; //20
    13:  
    14: struct st2
    15: {
       
    16: char level;
    17: short number;
    18: float grade;
    19: float grade2;
    20: float grade3;
    21: };//16
    22:  
    23: #pragma pack(1)
    24: struct st3
    25: {
       
    26: char level;
    27: short number;
    28: float grade;
    29: float grade2;
    30: float grade3;
    31: }; //15
    32: #pragma pack()
    33:  
    34: void TestSizeOf()
    35: {
       
    36: cout << __FUNCTION__ << endl;
    37:  
    38: cout << " sizeof(short)= " << sizeof(short) << endl << endl;
    39:  
    40: cout << " sizeof(st1)= " << sizeof (st1) << endl;
    41: cout << " offsetof(st1,number) " << offsetof(st1,number) << endl;
    42: cout << " offsetof(st1,grade) " << offsetof(st1,grade) << endl;
    43: cout << " offsetof(st1,grade2) " << offsetof(st1,grade2) << endl;
    44: cout << " offsetof(st1,grade3) " << offsetof(st1,grade3) << endl;
    45: cout << " offsetof(st1,level) " << offsetof(st1,level) << endl << endl;
    46:  
    47: cout << " sizeof(st2)= " << sizeof (st2) << endl;
    48: cout << " offsetof(st2,level) " << offsetof(st2,level) << endl;
    49: cout << " offsetof(st2,number) " << offsetof(st2,number) << endl;
    50: cout << " offsetof(st2,grade) " << offsetof(st2,grade) << endl;
    51: cout << " offsetof(st2,grade2) " << offsetof(st2,grade2) << endl;
    52: cout << " offsetof(st2,grade3) " << offsetof(st2,grade3) << endl << endl;
    53:  
    54: cout << " sizeof(st3)= " << sizeof (st3) << endl;
    55: cout << " offsetof(st3,level) " << offsetof(st3,level) << endl;
    56: cout << " offsetof(st3,number) " << offsetof(st3,number) << endl;
    57: cout << " offsetof(st3,grade) " << offsetof(st3,grade) << endl;
    58: cout << " offsetof(st3,grade2) " << offsetof(st3,grade2) << endl;
    59: cout << " offsetof(st3,grade3) " << offsetof(st3,grade3) << endl << endl;
    60: }
    61: int main()
    62: {
       
    63: TestSizeOf();
    64: return 0;
    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  
\[img\]https://p-blog.csdn.net/images/p\_blog\_csdn\_net/zhangcunli/596071/o\_sizeof\_thumb\_1.jpg\[/img\]  
  
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。