c++ - 在堆栈中创建对象时，即使代码覆盖率为 100%，函数覆盖率也较低

Question

我正在用 gcov 分析我的代码。它说在堆栈中创建对象时，我的代码少了 2 个函数。但是当我执行 new-delete 时，实现了 100% 的功能覆盖。

代码:

class Animal
{
public:
    Animal()
    {
    }
    virtual ~Animal()
    {
    }
};

int main()
{
    Animal animal;
}

我为生成 gcov 报告而执行的命令。

rm -rf Main.g* out.txt a.out coverage;
g++ -fprofile-arcs -ftest-coverage -lgcov -coverage Main.cpp;
./a.out;
lcov --capture --directory . --output-file out.txt;
genhtml out.txt --output-directory coverage;

生成的 html 显示我的功能覆盖率为 3/4 - 75%。

但是一旦我将堆栈对象更改为堆，

代码:

class Animal
{
public:
    Animal()
    {
    }
    virtual ~Animal()
    {
    }
};

int main()
{
    auto animal = new Animal;
    delete animal;
}

我的功能覆盖率为 100%。

仅在调用“new”和“delete”时调用的隐藏函数是什么？

Answer 1

简而言之:g++ 为一个类创建了两个析构函数

一种用于销毁对象。

一种用于销毁在堆上分配的对象。

在某些情况下，它们都保存在目标文件中，而在某些情况下仅使用。在您的 75%-coverage-example 中，您仅使用第一个析构函数，但两者都必须保存在目标文件中。

@MSalters 答案中的链接显示了方向，但主要是关于 g++ 发出的多个构造函数/析构函数符号。

至少对我来说，从这个链接的答案中并没有直接显而易见，这是怎么回事，因此我想详细说明。

第一种情况(100% 覆盖率):

让我们从 Animal 的稍微不同的定义开始-class，一个没有 virtual析构函数:

class Animal
{
public:
    Animal(){}
    ~Animal(){}
};

int main(){Animal animal;}

对于这个类定义，lcov 显示 100% 的代码覆盖率。

让我们来看看目标文件中的符号(为了简单起见，我没有使用 gcov 构建它):

nm main.o
0000000000000000 T main
             U __stack_chk_fail
0000000000000000 W _ZN6AnimalC1Ev
0000000000000000 W _ZN6AnimalC2Ev
0000000000000000 n _ZN6AnimalC5Ev
0000000000000000 W _ZN6AnimalD1Ev
0000000000000000 W _ZN6AnimalD2Ev
0000000000000000 n _ZN6AnimalD5Ev

编译器只保留那些在 main 中需要的内联函数(在类定义中实现的函数被视为内联函数，例如没有复制构造函数或赋值运算符，它们由编译器自动定义)。我不确定是什么 AnimalX5Ev是，但对于这个类， AnimalXC1Ev 没有区别。 (完整的对象构造函数)和 AnimalXC2Ev (基本对象构造函数)-它们甚至具有相同的地址。如 linked answer 中所述，这是 gcc 的一些怪癖(但 clang 也有)和多态支持的副产品。

第二种情况(75% 覆盖率):

让我们像原始示例中一样将析构函数设为虚拟，然后查看生成的目标文件中的符号:

 nm main.o
 0000000000000000 T main
             ...
 0000000000000000 W _ZN6AnimalD0Ev    <----------- NEW
             ...
 0000000000000000 V _ZTV6Animal       <----------- NEW

我们看到了一些新符号: _ZTV6Animal是众所周知的 vtable，和 _ZN6AnimalD0Ev - 所谓的删除析构函数(继续阅读以了解为什么需要它)。然而，在 main再一次只有 _ZN6AnimalD1Ev使用，因为与第一种情况相比没有任何变化(用 g++ -S main.cpp -o main.s 编译以查看它)。

但究竟为什么是 _ZN6AnimalD0Ev保存在目标文件中，如果不使用？因为用在虚拟表 _ZTV6Animal (参见程序集 main.s):

_ZTV6Animal:
   .quad    0
   .quad    _ZTI6Animal
   .quad    _ZN6AnimalD1Ev
   .quad    _ZN6AnimalD0Ev  <---- HERE is the address of the function!
   .weak    _ZTI6Animal

但是为什么需要这个 vtable 呢？因为只要类中有虚方法，类的每个对象都会引用该类的 vtable，正如在构造函数中看到的(仍然是 main.s):

ZN6AnimalC2Ev:
    ...
    // in register %rdi is the address of the newly created object  
    movl    $_ZTV6Animal+16, (%rdi)     ;write the address of the vtable (why +16?) to the address pointed to by %rdi.
...

我必须承认，我稍微简化了程序集，但很容易看出， Animal 的内存布局。 -object 以虚拟表的地址开头。

这个解除分配的析构函数 _ZN6AnimalD0Ev是覆盖范围缺失的函数 - 因为它没有在您的程序中使用。

第三种情况(再次100%覆盖):

如果我们使用 new 会发生什么变化+ delete ?首先我们必须知道，在堆上析构一个对象与在堆栈上为对象调用析构函数有点不同，因为我们需要:

销毁对象(它与堆栈上的相同，即 _ZN6AnimalD1Ev )

释放/释放堆上对象占用的内存。

这两个步骤在解除分配的析构函数中捆绑在一起 _ZN6AnimalD0Ev ，再次可以在程序集中看到:

_ZN6AnimalD0Ev:
    call    _ZN6AnimalD1Ev    ; <---- call "Stack"-destructor
    ....
    call    _ZdlPv            ; free heap memory
    ....

现在，在 main我们必须从堆中删除对象，因此 D0 -destructor-version 必须被调用，它调用 D1依次为 -destructor-version - 这意味着使用所有功能 - 再次 100% 覆盖。

最后一块拼图，为什么 D0 -析构函数是虚拟表的一部分？如 animal是 Cat ，怎么会 main知道要调用哪个释放析构函数( Cat 而不是 Animal )？通过查看 animal指向的对象的虚拟表为此， D0 -析构函数包含在 vtable 中。

但是，这都是 g++ 的实现细节，我认为标准中没有太多强制要求以这种方式完成。尽管如此，clang++ 的功能完全相同，但必须检查 MSVS 和 intel。

PS:关于 deleting destructors 的好文章.