657-C/C++总结(一）

短命女 2022-09-13 14:21 233阅读 0赞

## 1、程序的内存布局 ##

程序运行时叫进程  
就是进程的**虚拟地址空间**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
**这张图是32位x86体系下的进程的虚拟地址空间，下面是低地址，上面是高地址**  
我们从最下面（低地址开始看）往上看，从0-0x08048000是0地址，然后从0x08048000往上，放的是代码段（.text段：指令，只读不能写），数据存储的.Data和.BSS段，然后是堆Heap（malloc,new），然后是共享库（printf，scanf这类要包含头文件的函数，比如说，我们写printf或者scanf，要包含<stdio.h>，这个头文件只有这两个函数的声明，没有定义实现，这些函数的实现是在libc.so里面，当我们程序运行的时候，如果需要用到printf或者scanf的时候，我们就会去加载libc.so共享库，这些共享库就在Memory Mapping Segment），然后再往上看，就是我们函数运行的栈Stack了（系统调用，函数详细的调用堆栈过程），然后呢，下面的3GB是用户空间，上面的那1GB是内核空间（Kernel space）。  
**一个系统上可以运行几百个进程，每个进程它的用户空间都是独立的，但是内核空间都是共享的，因为操作系统只有1份！**

**关于.text段和.rodata段：**  
在进行内存布局的时候，操作系统去管理内存，都是以页面来进行分配的，但是.text段不一定就占1个页面，也有可能它不够用，会占用2个页面。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
**从段的角度来说，.text段和.rodata段是没有杂到一块存储的。**  
**从内存的角度来说，它们都是相同内存属性的段，是放到同一块的。**  
再比如说，.data端和.bss段在内存上，属于同一个内存属性：可读可写，也是放到同一个段。从段的角度来说，是肯定不会杂到一块放的，从内存的角度来说，是在一块放的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

## 2、堆和栈的区别 ##

![在这里插入图片描述][8e3737d708f14e0387b1175752a8c3f5.png]  
**在内存层面，堆内存和栈内存的区别：**  
堆内存是：在代码上通过malloc或者new，通过free或者delete还释放堆内存。堆内存是我们用户手动开辟的，手动释放的。  
栈内存是：调用一个函数，就用到栈的内存，出函数的右括号\}，栈内存进行回收。栈内存是系统自动开辟，自动释放的。

在数据结构上：栈是属于线性表，满足先进后出，后进先出的线性表  
堆不是线性的，常用的是二叉堆，就是二叉树，二叉堆经常用的，大根堆（该二叉树中所有节点的值最大的那个节点在堆顶，就是根节点）或者小根堆（该二叉树中所有节点的值最小的那个节点在堆顶，就是根节点）  
应用场景：优先级队列（priority queue），C++底层默认实现的是大根堆）

## 3、函数调用参数是怎么传递的？ ##

函数调用，参数压栈：  
从右向左，先压右边的实参入栈，压完实参后，就该压下一行指令的地址，然后把调用方（main函数的栈底地址ebp）压过来，然后访问形参，然后通过ebp指针的偏移访问相应的实参  
ebp+4，访问到第一个实参，ebp+8访问到第二个实参  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_18_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

## 4、为什么函数调用的参数要从右向左压栈 ##

![在这里插入图片描述][44423cff840343f9b45f853d9eea071d.png]  
![在这里插入图片描述][abc6652a1cb648298eb564ff14700d03.png]  
**我们写可变参，最前面左边得有一个参数，后面才能加…表示可变参**  
![在这里插入图片描述][1db4ecb47f414031a2190c1b9bc34b01.png]  
**可变参怎么用？**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
**这两次func调用，第一个参数10都是传给a，后面传几个参数无所谓，是可变的，类型不一样也可以。**  
我们的printf就是一个可变参：  
![在这里插入图片描述][f9e1ca58a9c5458595a866b59e7ce530.png]  
第一个参数（格式化字符串）里面有多少个%d,%c等等，后面就写对应的参数个数。  
我们知道，代码是从上到下依次进行编译的，在编译到func函数的时候，高级源代码都要编译成汇编指令，这个汇编指令一进入这个函数的左括号\{，执行push ebp，把调用方main函数的栈底地址ebp压到当前函数栈的栈底，也就是func函数的栈底，然后执行mov ebp esp，把esp的值赋给ebp，让ebp刚才指向main函数的栈底，现在指向func函数的栈底，  
然后sub esp,4ch 就是给func函数开辟栈帧，调用一个函数就开辟栈帧  
在VS下，还有一个指令操作：rep stos 0xCCCCCCC，gcc下是没有这个操作的。  
然后，我们这个func函数里面，有这个参数，它要访问这个参数a，  
**假如说这个参数是从左向右压栈的**，10就是在最底，然后20,30,40，50  
但是指令是在编译时生成好的，它运行的时候是不会自己选择的，怎么样生成的指令，怎么样运行就可以了，关键是func函数在编译的时候，取参数，取a是怎么取的？栈上取这个局部变量都是通过ebp的偏移来取的，func函数在编译的时候，根本就没有办法访问到这个a了，因为现在是从左向右压的，第一个参数肯定是在栈底，后面的参数在栈顶，紧接着压下一行指令地址和func函数的ebp，func函数在编译阶段，不知道它会有多少个参数，不知道用户传几个参数，根本不知道，它在访问a，不知道把ebp偏移多少，所以是没有办法生成指令去访问它的参数的，因为编译阶段不知道用户会传多少个参数。  
**所以它必须把左边的这个已知的参数必须放在离ebp最近的地方，反着压！  
已知的这个参数就在栈顶了，所以它就永远知道ebp+4就是这个已知的参数的内存！！！！在以后运行的时候，不管用户在这里传的是多少个参数，就是可以通过ebp+4来访问第一个参数，然后接着往下访问，就是可变参的参数了，在编译阶段，就可以给可变参数生成指令了！！！它生成指令就可以把下面的所有参数都可以访问完了**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]  
所以说，从右向左压参数，意味着第一个参数是最后压的，最后压的肯定在栈顶，最后在func函数生成指令的时候，ebp+4就可以访问到这个第一个参数a了。  
如果编译的时候是从左向右压的，意味着左边的先压的在栈底，右边先压的在栈顶，在编译阶段，不知道参数有多少个，怎么通过ebp偏移访问第一个参数a呢？没有办法访问啊！  
**也就是说，从右向左压，才能合理的确定参数的个数。**

**我们看printf，通过可以访问第一个参数：格式化字符串，能访问这第1个格式化字符串，就根据里面的%d%c之类的就可以往下继续取其他的参数了。**  
如果看到有一个%d，就向下访问，如果又看到有一个%c，也继续向下访问，直到访问到这个格式化字符串的\\0了，停止向下访问。  
![在这里插入图片描述][90c0036bde624d71a31ac0e1a37a2318.png]

## 6、有一个函数 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]  
参数是从左向右压的，从实参到形参，我们看到这是既没有用指针传递，也没有用引用传递，所以都是要生成新的string对象，实参s2,s1到形参s2,s1，调用的是拷贝构造函数，1、这里调用2次拷贝构造函数，先构造s2，然后构造s1  
string tmp=s1+s2;这里s1+s2会产生一个新的string对象，然后拿这个新的string对象拷贝构造tmp对象。  
然后tmp对象返回，通过C++11的优化，调用右值的拷贝构造函数（移动构造函数），**拿tmp直接拷贝构造main函数的s对象**  
然后出fun的右\}，析构tmp对象，然后析构s1, 然后析构s2，最后析构s  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]

**也就是，因为C++编译器的优化，下面这2种写法等价：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]  
**我们再看：**  
如果写成这样：  
![在这里插入图片描述][8b869192b3814facad116b3158d44548.png]  
**现在是s1+s2的结果直接拷贝构造主函数的s对象了。省去了刚才tmp的拷贝构造和析构函数的调用。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_18_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

## 7、一个结构体里面定义了一个char和double，它的内存布局？ ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
**答案是16**  
C语言的结构体和C++的类都是要内存对齐，方式是一样的  
第一行：char占1个字节，剩下的7个字节补位的  
第二行的8个字节就是double  
**我们看下面的：**  
![在这里插入图片描述][2cc190da8ff340a0bc0b5c06f78ab368.png]  
**就是1**

**我们看看下面这个：**  
![在这里插入图片描述][d98c40b621e3416a9efa06d58f7ac0eb.png]  
**都是char，最长的分量是1个字节，按1个字节对齐，总共3**

**空结构体多大？**  
![在这里插入图片描述][72bb9f9246a04b879ab0e162c6b601a1.png]  
**我们的总结如下：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 9]  
**为什么在gcc下，C语言的空结构体大小是0，C++的空结构体大小是1？**  
1、空结构体，不需要访问什么东西，啥也改干了，所以C语言中，定义空结构体的大小是0  
2、而在C++中，struct定义的东西不叫变量，叫做对象。对象和变量的本质区别是：定义一个变量只需要内存就可以了，但是C++生成对象时得先有内存，然后还得要有构造，构造函数编译的时候会生成this指针，所以，要生成对象，必须要有一块内存，给this传地址，才能调用构造，创建对象。  
所以创建一个空的结构体（空类），大小是1，因为内存的最小单位是字节，就是1个字节大小。  
构造函数只有知道内存地址，才会去这个内存地址上做构造对象。

**类型本身是不占内存的**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 10]

![在这里插入图片描述][53d5973b65f746d7b23cd191322cb3b9.png]  
**只有空结构体大小是1，或者结构体中只有一个char类型的变量，大小是1  
其他的都是按照变量大小内存对齐**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_14_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
**基类和派生类都是空类，但是只是继承关系，Data3就是空类，大小就是1**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 11]  
**在32位系统下，如果是空类虚继承空类，多了一个vbptr指针，所以大小是4字节。  
如果基类中有虚方法，就会产生虚函数表，则派生类虚继承这个基类，又多了一个vfptr，所以此时，大小是8字节。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 12]  
**不管多少个虚函数，都是只有一个vfptr哦，影响的只是虚函数表vftable的大小而已，不影响对象的大小，都是只有一个vfptr**

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