类的数据结构

Data Structure of Class

本文关键字：数据结构      更新时间：2023-10-16

C++类的数据结构是什么？它是如何在组装级别工作的？

IF语句是代码行的compare+条件跳转。

数组和字符串是数据的链环。

编译器为所有成员分配偏移量，并将这些偏移量包括在成员的所有加载/存储操作中：

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(ARM汇编程序代码用于简化)：

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struct各自的class布局在编译后没有改变，因此此处将4硬编码到指令流中。

创建实例的方法是分配内存，并将指针从分配函数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一点的创建对象的方法(您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的实现与foo类的实现相同。

现在，如果我构建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

我最终得到了包含值7的r0。

对于virtual方法，会创建一个隐藏的数据成员，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;
};

成为

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现在是5，因为这就是构造函数存储在那里的内容。

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