浅浅探究一下c++对象内存模型

c++

最近做 cmu15445 project2 实现 B+ Tree，有一个操作涉及到将一个从 buffer_pool_manager 获取的缓存页通过 reinterpret_cast直接转成一个类对象指针，并调用了其成员函数。第一次见这样的操作还挺无法理解的，因为这相当于将一段全为 0 的内存直接当作一个类对象去访问，听起来感觉很离经叛道，毕竟这个对象根本没有初始化过。顿感对 c++ 对象模型的了解太少，于是查了一些资料。更深入的细节还是得系统地看看 《深度探索c++对象模型》。

例子：

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class Base {
public:
    void print() {
       std::cout << this << " " << "Base::print()" << std::endl;
    }
    static void sPrint() {
        std::cout << "Base::sPrint()" << std::endl;
    }

    virtual void virtualPrint() {
       std::cout << "Base::virtualPrint()" << std::endl;
    }
    char x;
    static int s;
};

int Base::s = 10;

内存模型如下：

p1

占用类对象内存的只有虚函数表指针和非静态成员变量，非虚成员函数的存储其实和普通函数相同，都是存储在代码区，其地址在编译期已经确定，只不过调用时额外传入 this 指针作参数罢了。静态成员变量在全局区，不占用对象空间。所以对象没有初始化对于调用非虚成员函数，静态成员函数，访问静态成员变量没有影响。测试如下：

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int main() {
    std::cout << sizeof(Base) << std::endl;
    char data[16];

    Base* b = reinterpret_cast<Base*>(data);
    cout << b << endl;
    // b指向未初始化的内存，但不影响以下操作
    b->print();
    b->sPrint();
    cout << b->s << endl;
}

输出

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0x7fff03157d00
0x7fff03157d00 Base::print()
Base::sPrint()
10

但是如果调用 b->virtualPrint()就会崩溃，因为要访问虚函数表，而虚函数表指针的内存没有初始化过。但是我们可以“组装”一个带虚函数的对象出来：

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void hack(Base* b) {
    cout << b << " " << "hack()" << endl;
    cout << b->x << endl;
}

int main() {

    std::cout << sizeof(Base) << std::endl;
    char data[16];

    // “组装”虚函数表
    void* vtbl[] = {reinterpret_cast<void*>(hack)};
    void* vtbl_ptr = &vtbl;
    memcpy(data, &vtbl_ptr, 8);
    data[8] = 'A';

    Base* b = reinterpret_cast<Base*>(data);
    cout << b << endl;
    b->print();
    b->sPrint();
    cout << b->s << endl;

    cout << endl;
    b->virtualPrint();
}

输出

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0x7ffdc5d2b670
0x7ffdc5d2b670 Base::print()
Base::sPrint()
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0x7ffdc5d2b670 hack()
A

hhh还挺有意思的。

更复杂的继承以及多继承、虚继承下的内存模型暂时还不了解，以后有空再更新吧。

参考链接：

一个很好用的画图网页： VisionOn