c++ - c++ 类实例成员是如何在机器级别传递的？

Question

我了解类实例成员的基本布局(给定一个典型的c++实现)，但是假设你有一个带有int num的MyClass作为成员，你创建了它的一个实例，这个成员在内存中的具体地址是怎样的在运行时处理？我会用一个例子更清楚:

class MyClass
    {
      int num;
      int num2;
      int num3;
    public:
      void setNum(); //always sets num to 10
    };

然后你调用setnum，它怎么知道把哪 block 内存设置为10呢？MyClass 的内存布局可能看起来像

class MyClass size(12):
        +---
     0  | num
     4  | num1
     8  | num2
        +---

那么它是否像当使用指向您的 myclass 实例的隐藏指针调用 setNum 以进行成员访问时一样简单，它是基于 offest 编写的吗？例如 myclasspointer+4?

编辑澄清它是如何决定写到哪里的？失败的复制粘贴将 vftable 留在了那里。我完全可以想象它只是一个已知的偏移量，对吧？

还是更复杂的东西？

为不清楚的术语道歉，我很少知道如何正确地表达问题......

Answer 1

编译器会知道 class 的内容(或 struct )，最重要的是不同成员变量的偏移量。 setNum函数被赋予 this指针作为“隐藏”参数，编译器将采用 this变量并添加 num 的偏移量.

具体如何发生取决于编译器。在 LLVM 中，它将使用 getelementptr VM 指令，它了解结构并在给定基地址的情况下添加索引给定的偏移量。然后，这将转换为某种采用 this 的指令。并且在一条指令中直接添加偏移量，或者在两条指令中加载指针然后添加偏移量——这在一定程度上取决于体系结构，以及下一条指令“需要”的内容。

自 num member 是结构中的第一个成员，它将是零，所以在 x86-64 上，用 clang++ -O1 编译，我们得到这个反汇编:

_ZN7MyClass6setNumEv:                   # @_ZN7MyClass6setNumEv
    movl    $10, (%rdi)
    retq

换句话说，将数字 10 移动到 this 的地址中(在 %rdi - Linux 机器上的第一个参数)。

LLVM IR 更好地展示了发生的事情:

%class.MyClass = type { i32, i32, i32 }

; Function Attrs: nounwind uwtable
define void @_ZN7MyClass6setNumEv(%class.MyClass* nocapture %this) #0 align 2 {
entry:
  %num = getelementptr inbounds %class.MyClass* %this, i64 0, i32 0
  store i32 10, i32* %num, align 4, !tbaa !1
  ret void
}

该类包含 3 i32 (32 位整数)，并且该函数采用 this指针，然后它使用 getelementptr获取第一个元素(元素 0)。是的，比您预期的要多一个论点。这就是 LLVM 的工作原理；)

然后将值 10 存储到 %num 中计算地址。

如果我们更改 setNum 中的代码这样它将 10 存储到 num2 中相反，我们得到:

define void @_ZN7MyClass6setNumEv(%class.MyClass* nocapture %this) #0 align 2 {
entry:
  %num2 = getelementptr inbounds %class.MyClass* %this, i64 0, i32 2
  store i32 10, i32* %num2, align 4, !tbaa !1
  ret void
}

注意最后一个数字变成了getelementptr .

汇编代码变成:

_ZN7MyClass6setNumEv:                   # @_ZN7MyClass6setNumEv
    movl    $10, 8(%rdi)
    retq

(就目前而言，在原始问题的修订版 2 中，您的类 MyClass 的大小为 12、3 * 4 字节，而不是像您的文字所说的 8)。