VS2008 使用 CL 编译器选项查看 C++ 类内存布局

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http://www.cnblogs.com/dsky/archive/2012/02/07/2340984.html


今天查资料的时候发现 VS 编译器 CL 的一个编译选项可以查看 C++ 类的内存布局，非常有用。使用如下，从开始程序菜单找到 Visual Stdio 2008/2005 Command Prompt，选择 VS 的命令行工具，按如下格式使用：

>cl –d1reportSingleClassLayout[classname]  test.cpp

而使用 –d1reportAllClassLayout 则可以查看源文件中所有类及结构体的内存布局。

其中，classname 为类名，－d1reportSingleClassLayout[classname] 之间没有空格。编写程序测试：

比较奇怪，加上 #include <iostream> 后，测试结构体的时候就会出现很输出，应该是库中的类，看起来真麻烦，所以这里去掉它。

 //test: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayout[className]
 //#include <iostream>
  
 //using namespace std;
  
 struct S
 {
     char x;
     int y;
     double z;
 };

 class TestClass
 {
 private:
     char y;
     double z;
     int x;
 };

 //base
 class Base
 {
 private:
     int x;
 public:
     virtual void f1();
     virtual int g1();
 };
 
//Derived
 class Derived: public Base
 {
 private:
     char y;
 public:
     virtual float f2();
 };

 //Derived2
 class Derived2: public Base
 {
 private:
     double z;
 public:
     virtual void f1();
     virtual float v2();
     int f3();
};

 //
 class Base2
 {
 private:
     int yy;
 public:
     virtual void g2();
 };

 //多重继承
 class Derived3: public Base, public Base2
 {
 private:
     double zz;
 public:
     virtual void g3();
 };

 //
 int main()
 {
     return 0;
 }

//测试，1：测试结构体 S：>cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutS

    可以看到，VC 默认情况下，结构体内使用字节对齐，char x, 和 int y 之间填充了 3 个字节的空间。默认情况，VC 对结构体内的字节按最大字节对齐，成员变量之间的顺序不同，结构体所占空间也可能不同。

2. 测度类 TestClass: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutTestClass

    同样可以看到，类 TestClass 中数据成员的按最大数据成员字节对齐，char y 和 double z 之间插入了 7 个字节，double z 和 int x 之间插入了 4 个字节，按 double 型对齐,32 位机器上， sizeof(double) = 8。

3.测试有虚函数的类 Base： >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutBase

    其中{vfptr}是虚函数表，可以看到，VC 将虚函数表地址放在了对象的头 4 个字节，接着才是数据成员。虚函数表是一个数组，里面存放的是类中虚函数的地址，可以看到虚函数成员的地址是按照声明的顺序存放的。

4.测试子类 Derived:>cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived

    可以看到，基类的虚函数存放在虚表的前面，子类中自己声明的虚函数按顺序存放在后面。

5.测试子类Derived2: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived2

    可以看到，子类 Derived2 中重写了基类 Base 中的虚函数 f1()，因此 Devried2 的虚表中 f1() 的位置被 Derived2 重写的 f1() 代替，因此便实现了多态。非虚函数地址不存放在虚表中。

6.测试多重继承的类Derived3: >cl Test.cpp /d1reportSingleClassLayoutDerived3

    可以看到VC中对多重继承的处理，子类 Derived3 的对象中，前 4 个字节存放的是第一个基类的 虚表，然后是第一个基类的数据成员。接着是第 2 个基类的虚表及数据成员。最后才是自己的数据成员。其中，Derived3::$vftable@Base2@: －8， －8 表示第 2 个基类相对于虚表相对于 Derived3 的偏移量 offset。


//测试结构体的字节对齐，以及 #pragma pack(1), offsetof(struct,number) 的用法。

1: #include <iostream>
2:  
3: using namespace std;
4:  
5: struct st1
6: {
7: short number;
8: float grade;
9: float grade2;
10: float grade3;
11: char level;
12: }; //20
13:  
14: struct st2
15: {
16: char level;
17: short number;
18: float grade;
19: float grade2;
20: float grade3;
21: };//16
22:  
23: #pragma pack(1)
24: struct st3
25: {
26: char level;
27: short number;
28: float grade;
29: float grade2;
30: float grade3;
31: }; //15
32: #pragma pack()
33:  
34: void TestSizeOf()
35: {
36: cout << __FUNCTION__ << endl;
37:  
38: cout << " sizeof(short)= " << sizeof(short) << endl << endl;
39:  
40: cout << " sizeof(st1)= " << sizeof (st1) << endl;
41: cout << " offsetof(st1,number) " << offsetof(st1,number) << endl;
42: cout << " offsetof(st1,grade) " << offsetof(st1,grade) << endl;
43: cout << " offsetof(st1,grade2) " << offsetof(st1,grade2) << endl;
44: cout << " offsetof(st1,grade3) " << offsetof(st1,grade3) << endl;
45: cout << " offsetof(st1,level) " << offsetof(st1,level) << endl << endl;
46:  
47: cout << " sizeof(st2)= " << sizeof (st2) << endl;
48: cout << " offsetof(st2,level) " << offsetof(st2,level) << endl;
49: cout << " offsetof(st2,number) " << offsetof(st2,number) << endl;
50: cout << " offsetof(st2,grade) " << offsetof(st2,grade) << endl;
51: cout << " offsetof(st2,grade2) " << offsetof(st2,grade2) << endl;
52: cout << " offsetof(st2,grade3) " << offsetof(st2,grade3) << endl << endl;
53:  
54: cout << " sizeof(st3)= " << sizeof (st3) << endl;
55: cout << " offsetof(st3,level) " << offsetof(st3,level) << endl;
56: cout << " offsetof(st3,number) " << offsetof(st3,number) << endl;
57: cout << " offsetof(st3,grade) " << offsetof(st3,grade) << endl;
58: cout << " offsetof(st3,grade2) " << offsetof(st3,grade2) << endl;
59: cout << " offsetof(st3,grade3) " << offsetof(st3,grade3) << endl << endl;
60: }
61: int main()
62: {
63: TestSizeOf();
64: return 0;
65: }

    其中，VC对结构体中的数据成员默认按照最大成员对齐，#pragma pack(num) 可以设置对齐字节数，可以为1、2、4、8、16 。也可以使用编译选项 /Zp[1|2|4|8|16] 修改对齐方式，取消修改用#pragma pack()，如果结构体某成员的 sizeof 大于你设置的，则按你的设置来对齐。注意 offsetof 的用法，可以很容易观察结构体的内部结构


    还可以使用前面所说的 cl –d1reportSingleClassLayout[classname]  test.cpp 编译选项进行相互验证。