C++如何在内存中存储函数和对象？ [复制]答案

【问题标题】：How does C++ store functions and objects in memory? [duplicate]C++如何在内存中存储函数和对象？ [复制]
【发布时间】：2012-09-21 13:37:16
【问题描述】：

假设我们有一个类

class A
{
    int x;
public:
    void sayHi()
    {
        cout<<"Hi";
    }
};

int main()
{
    A *a=NULL;
    a->sayHi();
}

以上代码将在 Turbo C（我测试过的地方）上编译并打印 Hi 作为输出。

我期待崩溃，因为 a 是 NULL。如果我将sayHi() 函数设为虚拟，它会说

Abnormal temination(Segmentation fault in gcc)

我知道其中很多依赖于实现，但如果有人可以对任何实现有所了解或只是提供一个概述，那就太好了。

【问题讨论】：

通过空指针调用方法是未定义的行为。任何事情都可能发生 - 它不必崩溃，但标准允许。
不是 C++ 人，所以这是一个猜测，但是：您的代码不需要访问 A 实例的任何内存。 sayHi() 不使用字段x，而且它不是虚拟的，所以它不需要访问 vtable 来解析。 C++ 编译器实际上必须插入检查以查看 a 是否是导致错误的有效指针。

标签： c++ function turbo-c

【解决方案1】：

在 C++ 中，类的方法不存储在该类的实例中。它们只是一些“特殊”函数，除了程序员指定的参数之外，还透明地接受this 指针。

在您的情况下，sayHi() 方法不引用任何类字段，因此，永远不会遵循 this 指针（即NULL）。

请不要误会，这仍然是未定义的行为。当您调用它时，您的程序可能会选择向您的联系人列表发送讨厌的电子邮件。在这个特定的例子中，它做了最坏的事情，而且似乎有效。

virtual方法案例在我回答问题后已经添加，但我不会细化我的答案，因为它包含在其他人的答案中。

【讨论】：

+1 指出“有效”的未定义行为是不好的。

【解决方案2】：

概括地说，从没有超类和虚函数的类实例化的对象的布局如下：

* - v_ptr  ---> *  pTypeInfo
|               |- pVirtualFuncA
|               |- pVirtualFuncB
|- MemberVariableA
|- MemberVariableB

v_ptr 是指向 v-table 的指针 - 其中包含对象的虚函数地址和 RTTI 数据。没有虚函数的类没有 v-tables。

在上面的示例中，class A 没有虚拟方法，因此没有 v-table。这意味着调用sayHi() 的实现可以在编译时确定并且是不变的。

编译器生成的代码将隐式this 指针设置为a，然后跳转到sayHi() 的开头。由于实现不需要对象的内容，因此当指针为NULL 时它工作的事实是一个快乐的巧合。

如果您要使sayHi() 虚拟化，编译器无法确定在编译器时要调用的实现，因此会生成在 v-table 中查找函数地址并调用它的代码。在a 是NULL 的示例中，编译器读取地址0 的内容，导致中止。

【讨论】：

A 类没有虚方法这一事实无关紧要。重要的是被调用的特定函数，sayHi，不是一个虚函数，并且不使用类对象的成员。所以这个函数可以（并且被）调用而不使用指向类对象的指针。

【解决方案3】：

如果您调用类的非虚拟方法，对于编译器来说，知道该函数属于哪个类就足够了，并且通过取消引用（尽管是 NULL）指向类的指针来调用该方法，编译器会得到信息。 sayHi() 方法几乎只是一个将指向类实例的指针作为隐藏参数的函数。此指针为 NULL，但如果您不引用方法中的任何属性，则无关紧要。

当您将此方法设为虚拟时，情况就会发生变化。编译器在编译时不再知道与该方法关联的代码是什么，必须在运行时弄清楚。它所做的是查看一个基本上包含所有虚拟方法的函数指针的表；此表与类实例相关联，因此它会查看与 NULL 指针相关的内存片段，因此在这种情况下会崩溃。

【讨论】：

【解决方案4】：

显然，代码具有未定义的行为，即，无论您得到什么都是偶然的。也就是说，系统在调用非虚拟成员函数时不需要知道对象：它可以根据签名来调用。此外，如果成员函数不需要访问成员，则它根本不需要对象并且可以运行。这是您在代码打印一些输出时观察到的。然而，这是否是系统的实现方式并没有定义，也就是说，没有人说它有效。

当调用虚函数时，类型系统开始查看与对象关联的类型信息记录。在NULL 指针上调用虚函数时，不存在此类信息，尝试访问它可能会导致某种崩溃。不过，它不是必须的，但它适用于大多数系统。

顺便说一句，main() 总是返回int。

【讨论】：