C++对象模型（3）-使用gdb查看vtable

我们首先执行下面的代码

#include <iostream>using namespace std;class NonVirtualClass {public:    void foo() {}};class VirtualClass {public:    virtual void foo() {}};int main() {    cout << "Size of NonVirtualClass: " << sizeof(NonVirtualClass) << endl;    cout << "Size of VirtualClass: " << sizeof(VirtualClass) << endl;}

用g++编译并执行

$g++ 1.cpp && ./a.outSize of NonVirtualClass: 1Size of VirtualClass: 8

从“C++对象模型（1）”可知构成对象本身的只有数据，NonVirtualClass和VirtualClass类都没有数据成员。

NonVirtualClass大小是1是因为C++类的大小不能为0（因为需要给对象分配内存，用以区分不同的对象）。

VirtualClass大小为8，是因为有一个隐藏的指针，指针指向vtable。

下面通过gdb调试来查看对象的内存布局，可以深入了解vtable的组织结构。

示例代码如下：

#include <iostream>class Parent {public:    virtual void Foo() {}    virtual void FooNotOverridden() {}};class Derived : public Parent {public:    void Foo() override {}};int main() {    Parent p1, p2;    Derived d1, d2;    std::cout << "done" << std::endl;}

1、编译生成带调试信息的可执行程序

$g++ -g 2.cpp

2、调试可执行程序

$gdb a.out(gdb) # configure gdb(gdb) set print asm-demangle on(gdb) set print demangle on(gdb) # set breakpoint at main(gdb) b mainBreakpoint 1 at 0x11d5: file main.cpp, line 14.(gdb) runStarting program: /home/clarkh/c++/a.out[Thread debugging using libthread_db enabled]Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".Breakpoint 1, main () at main.cpp:1414      int main() {(gdb) n15        Parent p1, p2;(gdb) n16        Derived d1, d2;(gdb) n18        std::cout << "done" << std::endl;(gdb) # print p1, p2, d1, d2 - we'll talk about what the output means soon(gdb) p p1$1 = {_vptr.Parent = 0x555555557d50 <vtable for Parent+16>}(gdb) p p2$2 = {_vptr.Parent = 0x555555557d50 <vtable for Parent+16>}(gdb) p d1$3 = {<Parent> = {_vptr.Parent = 0x555555557d30 <vtable for Derived+16>}, <No data fields>}(gdb) p d2$4 = {<Parent> = {_vptr.Parent = 0x555555557d30 <vtable for Derived+16>}, <No data fields>}

从打印我们可以了解到：

• 即使类没有数据成员，对象也有一个隐藏的指针，指针指向vtable；
• p1和p2指向的vtable相同，d1和d2指向的vtable也相同，vtable是静态数据，每一个类有一份数据；
• d1和d2从Parent类继承了一个指针，指向Derived的vtable；
• vptr不是指向vtable首地址，而是指向首地址偏移16字节的位置。

下面我们用gdb查看vtable的内容，使用gdb的x命令，将内存打印到终端。Derived对象的vptr指向0x555555557d30地址，我们在此基础上减去16字节，从vtable的首地址0x555555557d20开始打印：

(gdb) x/200xb 0x555555557d200x555555557d20 <vtable for Derived>:    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x000x555555557d28 <vtable for Derived+8>:  0x60    0x7d    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x000x555555557d30 <vtable for Derived+16>: 0xe6    0x52    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x000x555555557d38 <vtable for Derived+24>: 0xd6    0x52    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x000x555555557d40 <vtable for Parent>:     0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x000x555555557d48 <vtable for Parent+8>:   0x78    0x7d    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x000x555555557d50 <vtable for Parent+16>:  0xc6    0x52    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x000x555555557d58 <vtable for Parent+24>:  0xd6    0x52    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x000x555555557d60 <typeinfo for Derived>:  0x70    0x7c    0xfa    0xf7    0xff    0x7f    0x00    0x000x555555557d68 <typeinfo for Derived+8>:        0x10    0x60    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x000x555555557d70 <typeinfo for Derived+16>:       0x78    0x7d    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x000x555555557d78 <typeinfo for Parent>:   0xe0    0x6f    0xfa    0xf7    0xff    0x7f    0x00    0x000x555555557d80 <typeinfo for Parent+8>: 0x20    0x60    0x55    0x55    0x55    0x55    0x00    0x00

下面是Derived的vtable布局：

下面是Parent的vtable布局：

通过info symbol指令可以查看某个地址的符号，比如

(gdb) info symbol 0x5555555552c6Parent::Foo() in section .text of /home/clarkh/c++/a.out(gdb) info symbol 0x5555555552d6Parent::FooNotOverridden() in section .text of /home/clarkh/c++/a.out(gdb) info symbol 0x5555555552e6Derived::Foo() in section .text of /home/clarkh/c++/a.out

我们从0x5555555552c6打印出代码段的内容：

(gdb) x/100xb 0x5555555552c60x5555555552c6 <Parent::Foo()>: 0xf3    0x0f    0x1e    0xfa    0x55    0x48    0x89    0xe50x5555555552ce <Parent::Foo()+8>:       0x48    0x89    0x7d    0xf8    0x90    0x5d    0xc3    0x900x5555555552d6 <Parent::FooNotOverridden()>:    0xf3    0x0f    0x1e    0xfa    0x55    0x48    0x89    0xe50x5555555552de <Parent::FooNotOverridden()+8>:  0x48    0x89    0x7d    0xf8    0x90    0x5d    0xc3    0x900x5555555552e6 <Derived::Foo()>:        0xf3    0x0f    0x1e    0xfa    0x55    0x48    0x89    0xe50x5555555552ee <Derived::Foo()+8>:      0x48    0x89    0x7d    0xf8    0x90    0x5d    0xc3    0x00

从Derived和Parent的vtable布局，我们可以看出vtable函数指针数组存放的数据如下：