【C++对象模型】使用gcc、clang和VC++显示C++类的内存布局

引言

各种C++实现对C++类/对象的内存布局可能有所不同，包括数据成员的顺序、虚函数表(virtual table: vtbl)的结构、继承关系的处理等。了解C++类/对象的布局，对于理解C++各种机制，正确合理地进行设计和开发有很大的帮助。

主流编译器的支持

本文所述的3款主流编译器都提供打印/导出C++类/对象的内存布局的功能，现用表格列出其特性和用法，测试用的代码文件列于文后(data.cpp)

编译器及验证版本	用法	说明
gcc 4.8.4	gcc --fdump-class-hierarchy data.cpp	导出的布局图示在data.cpp同一目录下的一个.class文件中， 如data.cpp.002t.class,内容示例： VTT for A A::_ZTT1A: 4u entries 0 ((& A::_ZTV1A) + 24u) 8 ((& A::_ZTC1A0_1Y) + 24u) 16 ((& A::_ZTC1A8_1Z) + 24u) 24 ((& A::_ZTV1A) + 48u) Class A size=16 align=8 base size=16 base align=8 A (0x0x7f9dbc60c540) 0 vptridx=0u vptr=((& A::_ZTV1A) + 24u) Y (0x0x7f9dbc5c11a0) 0 nearly-empty primary-for A (0x0x7f9dbc60c540) subvttidx=8u X (0x0x7f9dbc5ccae0) 0 empty virtual vbaseoffset=-24 Z (0x0x7f9dbc5c1208) 8 nearly-empty subvttidx=16u vptridx=24u vptr=((& A::_ZTV1A) + 48u) X (0x0x7f9dbc5ccae0) alternative-path
clang 3.4	clang -Xclang -fdump-record-layouts data.cpp	要求data.cpp中有对相关类做sizeof求值的语句，输出在stdout，类似 *** Dumping AST Record Layout 0 | class A 0 | class Y (primary base) 0 | (Y vtable pointer) 8 | class Z (base) 8 | (Z vtable pointer) 0 | class X (virtual base) (empty) | [sizeof=16, dsize=16, align=8 | nvsize=16, nvalign=8]
VC++ 2010	添加编译选项 /d1reportSingleClassLayout<类名> ：输出单个类相关布局 或 /d1reportAllClassLayout： 输出所有类相关布局	编译时输出在“输出”窗口中，类似如下： 1> class A size(8): 1> +--- 1> | +--- (base class Y) 1> 0 | | {vbptr} 1> | +--- 1> | +--- (base class Z) 1> 4 | | {vbptr} 1> | +--- 1> +--- 1> +--- (virtual base X) 1> +--- 1> 1> A::$vbtable@Y@: 1> 0 | 0 1> 1 | 8 (Ad(Y+0)X) 1> 1> A::$vbtable@Z@: 1> 0 | 0 1> 1 | 4 (Ad(Z+0)X)

测试所用代码文件

data.cpp

#include <cstdio>

class X {};
class Y : public virtual X {};
class Z : public virtual X {};
class A : public Y, public Z {};                                

int main(int argc, char** argv)
{
    printf("Ptr: %lu\n", sizeof(void*));                        

    printf("X: %lu\n", sizeof(X));
    printf("Y: %lu\n", sizeof(Y));
    printf("Z: %lu\n", sizeof(Z));
    printf("A: %lu\n", sizeof(A));                              

    return ;
}