c++ - 类的数据结构

Question

C++类的数据结构是什么？它在装配级别如何工作？

IF语句是代码行的比较+条件跳转。

数组和字符串是数据的链接。

Answer 1

编译器为所有成员分配偏移量，并在成员的所有加载/存储操作中包括这些：

struct foo {
    uint32_t bar;
    uint32_t baz;

    uint32_t get_baz() { return baz; }
};

uint32_t get_baz_from_foo(foo *f) { return f->baz; }

变为（为简单起见使用 ARM 汇编代码）：

foo__get_baz:
    ; calling convention: this pointer in r3
    ; load 32 bit value from r3 + 4 bytes into r0
    ldr r0, [r3, #4];
    ; calling convention: return value in r0
    ; return from subroutine
    b lr

get_baz_from_foo:
    ; calling convention: first parameter in r0
    ; load 32 bit value from r0 + 4 bytes into r0
    ldr r0, [r0, #4]
    ; calling convention: return value in r0
    ; return from subroutine
    b lr

由于编译后struct各自class的布局并没有改变，所以这里的 4 被硬编码到指令流中。

创建实例的工作方式是分配内存，并将分配函数中的指针传递给每个期望指向结构的指针的人：

new__foo:
    ; two 32 bit integers need 8 bytes
    ; calling convention: first parameter in r0
    mov r0, #8
    ; call allocator, which will then return to the function invoking new
    bra malloc

如果有构造函数

struct foo2 {
    foo2() : bar(5), baz(7) { }
    uint32_t bar;
    uint32_t baz;
    uint32_t get_baz() { return baz; }
};

我们最终得到了一种稍微复杂的方法来创建对象（你应该能够在没有注释的情况下弄清楚）：

new__foo2:
    strdb lr, ![sp]
    mov r0, #8
    bl malloc
    mov r1, #5
    str r1, [r0]
    mov r1, #7
    str r1, [r0, #4]
    ldaia lr, ![sp]
    b lr

get_baz实现与类相同foo。

现在，如果我构造这样一个对象并获得 baz 值：

    bl new__foo2
    ; remember: the this pointer goes to r3
    mov r3, r0
    bl foo2__get_baz

我最终r0包含了 value 7。

对于virtual方法，会创建一个隐藏数据成员，它是指向函数表的指针：

struct base {
    virtual uint32_t get_baz() = 0;
};

struct derived : base {
    derived() : baz(5) { }
    virtual uint32_t get_baz();
    uint32_t bar;
    uint32_t baz;
};

变成

new__derived:
    strdb lr, ![sp]
    mov r0, #12
    bl malloc
    mov r1, #5
    str r1, [r0, #8]
    ; get the address of the vtable
    ldr r1, =vtable__derived
    ; vtable typically goes to the end of the class defining it
    ; as this is the base class, it goes before derived's data members
    str r1, [r0]
    ldria lr, ![sp]
    b lr

vtable__derived:
    ; pointer to function
    dw derived__get_baz

derived__get_baz:
    ldr r0, [r3, #8]
    b lr

调用此函数是间接完成的：

    ; construct normally
    bl new__derived
    ; here, we forget that this is a "derived" object
    ; this pointer to r3
    mov r3, r0
    ; get vtable ptr
    ldr r0, [r3]
    ; get function ptr from vtable
    ldr r0, [r0]
    ; call function
    bl r0

这里r0是 now 5，因为这是构造函数存储在那里的内容。