C オブジェクトのメモリ レイアウト

動的キャストと再解釈操作には、多くの場合、オブジェクト メモリ ポインタの操作が含まれます。これらの操作をよりよく理解するために、C がメモリ内でオブジェクトを編成する方法を詳しく見てみましょう。

C 標準によれば、クラスまたは構造体内の非静的データ メンバーのメモリ レイアウトは主に宣言の順序によって決まります。同じアクセス指定子を持つメンバーは、宣言された順序で順序付けされます。

メンバー変数とは別に、オブジェクトは次の領域も割り当てます。

• メンバー関数ポインター (仮想関数管理)
• 基本クラスのサブオブジェクト
• パディングと位置合わせの要件

実際のメモリ レイアウトは次のとおりです。実装に依存しますが、多くのコンパイラは Itanium ABI 仕様に準拠しています。この ABI は、仮想関数テーブル、基本クラス、メンバー変数の順序を含む、オブジェクト メモリ レイアウトの詳細な説明を提供します。

メモリ レイアウト デモ

clang の使用、複雑なクラスのメモリ レイアウトを視覚化できます:

class Class {
    // ...
};

clang -cc1 -fdump-record-layouts layout.cpp

出力:

   0 | class Class
   0 |   class SBase1 (primary base)
   0 |     (SBase1 vtable pointer)
   8 |     int k
  16 |   class SBase2 (base)
  16 |     (SBase2 vtable pointer)
  24 |     int k
  28 |   class SBase3 (base)
  28 |     int k
  32 |   int i
  36 |   char c
  40 |   float f
  48 |   double d
  56 |   short s
  64 |   class VBase (virtual base)
  64 |     (VBase vtable pointer)
  72 |     int j
     | [sizeof=80, dsize=76, align=8
     |  nvsize=58, nvalign=8]

この出力には、各メンバー変数の特定のメモリ オフセットと、仮想関数テーブルと基本クラスの場所が表示されます。

メモリを理解することでオブジェクトのレイアウトを使用すると、動的なキャストと操作の再解釈がどのように機能するかを洞察し、オブジェクト ポインターを操作するときに情報に基づいた意思決定を行うことができます。