【C++】内存中的字符串
发布时间：2021-11-06 10:25:02 所属栏目：编程 来源：互联网
导读：前文 内存中的字符串类型 学习研究了Go的字符串在内存中的结构和数据类型。 文本是两年多前的一篇学习笔记，研究的是C++字符串在内存中的结构。 环境 1. 操作系统：Ubuntu 16.04。 2. 调试软件：GNU gdb (Ubuntu 7.11.1-0ubuntu1~16.5) 7.11.1。 3. 编译工具
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前文 内存中的字符串类型 学习研究了Go的字符串在内存中的结构和数据类型。 文本是两年多前的一篇学习笔记，研究的是C++字符串在内存中的结构。 环境 1. 操作系统：Ubuntu 16.04。 2. 调试软件：GNU gdb (Ubuntu 7.11.1-0ubuntu1~16.5) 7.11.1。 3. 编译工具：g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.11) 5.4.0 20160609。 string类的定义 string定义在/usr/include/c++/5/bits/stringfwd.h头文件中，如下： typedef basic_string<char> string; basic_string类的定义通过泛型编程技术实现，详细定义请参考/usr/include/c++/5/bits/basic_string.h头文件，看起来非常复杂，具体实现此处并不关心，不再讨论。 测试string对象占用内存空间 通过以下代码可以测试string类对象占用内存空间情况。 // demo.cpp #include <string> #include <iostream> int main(int argc, char const *argv[]) { using namespace std; string s15(15, 'a'); // 字符串长度15 string s16(16, 'x'); // 字符串长度16 cout << "sizeof(string) = " << sizeof(string) << endl; cout << "sizeof(s15) = " << sizeof(s15) << endl; cout << "sizeof(s16) = " << sizeof(s16) << endl; return 0; } 因为32位和64位可执行程序不同，以下将分别编译测试。 将以上代码编译成32位可执行程序并执行，结果如下： $ g++ -m32 -g demo.cpp $ ./a.out sizeof(string) = 24 sizeof(s15) = 24 sizeof(s16) = 24 从以上输出结果，可以十分确定string类对象在内存中占用24个字节。 将以上代码编译成64位可执行程序并执行，结果如下： $ g++ -m64 -g demo.cpp $ ./a.out sizeof(string) = 32 sizeof(s15) = 32 sizeof(s16) = 32 从以上输出结果，可以十分确定string类对象在内存中占用32个字节。 32位可执行程序string对象的内存分配 为了查看内存分配，需要用到动态调试工具，此处使用gdb，并在源码16行设置断点。 调试过程中，打印main方法的栈数据，以及string对象及相关数据的内存，可以清晰看到string对象数据的内存占用情况。 $ gdb a.out GNU gdb (Ubuntu 7.11.1-0ubuntu1~16.5) 7.11.1 Reading symbols from a.out...done. (gdb) b 16 Breakpoint 1 at 0x8048a80: file demo.cpp, line 16. (gdb) r Starting program: a.out sizeof(string) = 24 sizeof(s15) = 24 sizeof(s16) = 24 Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0xffffced4) at demo.cpp:16 16 return 0; (gdb) x /24wx $esp // 以16进制格式打印24个宽度为4字节的main函数堆栈数据（共96个字节） 0xffffcdd0: 0x08048790 0x0804a0ed 0x0804a04c 0xffffced4 0xffffcde0: 0xffffffff 0x00004a00 0xffffce08 0xffffcdf4 0xffffcdf0: 0x0000000f 0x61616161 0x61616161 0x61616161 0xffffce00: 0x00616161 0x0804fa10 0x00000010 0x00000010 0xffffce10: 0x00000001 0xffffced4 0xffffcedc 0xd0415500 0xffffce20: 0xffffce40 0x00000000 0x00000000 0xf7c86637 (gdb) x /wx &s15 // 打印变量s15的内存地址 0xffffcdec: 0xffffcdf4 (gdb) x /6xw 0xffffcdec // 打印string对象s15占用的24个字节内存数据 0xffffcdec: 0xffffcdf4 0x0000000f 0x61616161 0x61616161 0xffffcdfc: 0x61616161 0x00616161 (gdb) x /s 0xffffcdf4 // string对象s15的1-4个字节是一个指向字符数据的指针 0xffffcdf4: 'a' <repeats 15 times> (gdb) x /16x 0xffffcdf4 // string对象s15的9-24个字节是代表数据的字符数组 0xffffcdf4: 0x61 0x61 0x61 0x61 0x61 0x61 0x61 0x61 0xffffcdfc: 0x61 0x61 0x61 0x61 0x61 0x61 0x61 0x00 (gdb) x /wx &s16 // 打印变量s16的内存地址 0xffffce04: 0x0804fa10 (gdb) x /6xw 0xffffce04 // 打印string对象s16占用的24个字节内存数据 0xffffce04: 0x0804fa10 0x00000010 0x00000010 0x00000001 0xffffce14: 0xffffced4 0xffffcedc (gdb) x /s 0x0804fa10 // string对象s16的1-4个字节是一个指向字符数据的指针 0x804fa10: 'x' <repeats 16 times> (gdb) x /16x 0x0804fa10 0x804fa10: 0x78 0x78 0x78 0x78 0x78 0x78 0x78 0x78 0x804fa18: 0x78 0x78 0x78 0x78 0x78 0x78 0x78 0x78 (gdb) c Continuing. [Inferior 1 (process 20982) exited normally] (gdb) q 从以上调试可以看出，string对象的内存结构和以下结构体的非常相似： typedef long int u32; struct String { char *data_ptr; // 指向字符数组的指针，在32位程序占用4个字节 u32 length; // 字符数组的长度，在32位程序占用4个字节 char data[16]; // 可以容纳15个字符的数组，占用16个字节 }; 1.string对象的1-4个字节是一个指向字符数据的指针。 2.string对象的5-8个字节是一个表示字符数据长度的整形数值。 3.string对象的9-24个字节的含义根据字符数据的长度发生变化。 如果string对象包含的字符数组长度小于16，则将字符数据保存在string对象本身所占用的内存中;以上述结构体String为例，将字符数据保存在data中。 s15.data_ptr == &(s15.data[0]); 如果string对象包含的字符数组长度大于等于16，则其字符数据位于可执行文件的数据区或分配到堆内存中，而不是栈内存中;以上述结构体String为例，无法将字符数据保存在data字段中。 64位可执行程序string对象的内存分配 64位程序与32位程序非常相似，只不过64程序中，指针对象占用8字节内存;通过动态调试，发现内存分配与以下结构体非常相似： typedef long long int u64; struct String { char *data_ptr; // 指向字符数组的指针，在64位机器占用8个字节 u64 length; // 字符数组的长度，在64位机器占用8个字节 char data[16]; // 可以容纳15个字符的数组，占用16个字节 }; 以上内容是两年多前的学习笔记，最近在以下环境中进行测试，得到的结论与上述内容一致。 操作系统：Ubuntu 20.04。 调试软件：GNU gdb (Ubuntu 9.2-0ubuntu1~20.04) 9.2。 编译工具：g++ (Ubuntu 9.3.0-17ubuntu1~20.04) 9.3.0。 （编辑：厦门网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
