gdb x命令 gdb分析C 物件記憶體布局 二

2021-10-11 08:42:17 字數 2433 閱讀 6484

gdb分析c++物件記憶體布局(一)：

多繼承指的是派生類繼承了多個基類。

以下**是有虛函式的類之間實現多繼承。

// multi_hierarchy_test.cpp
對以上**執行g++ -o multi_hierarchy_test multi_hierarchy_test.cpp -g -std=c++11進行編譯。

執行./multi_hierarchy_test後，輸出如下。

(a
生成的派生類d的物件記憶體布局如下，派生類d的生成過程為：首先呼叫基類a的建構函式，此時物件的虛函式表指標指向基類a的虛函式表，接著呼叫基類b的建構函式，行為與基類a一致，最後呼叫派生類d的建構函式，此時，一方面，「覆蓋」基類a和基類b的虛函式表指標，使2個基類的指標都指向派生類d的虛函式表，另外一方面，增加派生類d自己的成員變數到新生成的物件中。

upcast操作時，基類a的指標指向的位址與派生類d的指標指標指向的位址是一樣的，基類b的指標不僅跟派生類d不同，其指向的虛函式表指標指向的是**段non-virtual thunk to d::func_b()，而不是直接指向d::func_b()。

基類a是派生類d的最左基類，而基類b是非最左基類，在多繼承場景下，由上圖可以看出，c++物件的記憶體布局中，乙個派生類可以通過「截斷」的方式完美地轉化為最左基類，但無法完美轉化為非最左基類。這就是upcast時，作為最左基類的基類a與作為非最左基類的基類b表現不同的原因。這個現象可以理解為，派生類與最左基類之間存在「嫡系」繼承關係。

由上圖可知，執行b->func_b()時，首先獲取虛函式表指標_vptr.b（構造過程中原基類b的虛函式表指標），接著獲取其指向的**段non-virtual thunk to d::func_b()，該**段先將this（經過upcast後是基類b型別）轉換為派生類d型別，之後才跳轉到真正的d::func_b()函式。

之所以有型別轉換這個步驟，是因為在多繼承場景下，非最左基類b只是派生類d的乙個部分，所以需要改變身份，變成派生類d，才能真正地呼叫派生類d的d::func_b()函式，而同樣在這個場景下，最左基類a則是派生類d的「嫡系」基類，不需要改變身份，可以理解為就是直接使用單繼承模式下的虛函式機制即可。

除了以上2處不同外，經過upcast後，對基類b型別的指標的操作，就跟操作乙個類b物件是一樣的。這也是c++物件記憶體如此布局的構思藝術所在。

在gdb環境下執行如下命令。

(gdb
根據輸出結果分析如下：

菱形繼承指的是乙個基類分別被兩個派生類繼承，而這兩個派生類又同時被乙個更下一層的派生類所繼承，當生成最下層的這個派生類時，最上層的基類將在最下層的這個派生類中存在兩份。

以下**是有虛函式的類之間實現菱形繼承。

// diamond_hierarchy_test.cpp
以上**中，對基類a執行upcast會發生編譯錯誤，這是因為在派生類d中會存在兩份基類a，編譯器不知道要選擇哪個基類a，存在歧義。

對以上**執行g++ -o diamond_hierarchy_test diamond_hierarchy_test.cpp -g -std=c++11進行編譯。

執行./diamond_hierarchy_test後，輸出如下。

sizeof(a): 16


sizeof(b): 24


sizeof(c): 24


sizeof(d): 56


0x614c20


0x614c20


0x614c38
生成的派生類的物件記憶體布局如下，派生類d的生成過程為：首先呼叫基類b的建構函式，由於基類b是繼承基類a，所以要遞迴往上，呼叫基類a的建構函式，基類b會對基類a發生虛函式表指標的「覆蓋」，接著呼叫基類c的建構函式，同理，也會呼叫基類a的建構函式與基類c對基類a的虛函式表指標的「覆蓋」，至此，基類b與基類c各自具有乙個基類a，最後呼叫派生類d自身的建構函式，同樣地，派生類d對基類b和基類c的虛函式表指標進行「覆蓋」，同時，增加自己的成員變數到新生成的物件中。

同理，基類b作為派生類d的「嫡系」基類，無需經過**段non-virtual thunk to d::func_a()跳轉到 d::func_a()，而非最左基類c則需要。另外，基類c的 c::func_c()並沒有在派生類d中override，所以仍然保留在派生類d的虛函式表中。

在gdb環境下執行如下命令。

(gdb

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