sizeof （）那点事

淡淡的烟草味﹌ 2021-12-05 13:03 296阅读 0赞

C++，用了许久发现我对你的了解还真的不够，至少可以这样来评价自己的了解：刚刚接触皮毛!所以我打算把C++在系统的复习，或者说重新学习一下。一下我的测试代码都是在VC++ 6.0和32位操作系统下做的测试，参考《C++国际标准1998》和《inside the c++ object model》。  
   一,由sizeof()函数引发的故事:  
   用sizeof()来计算一个空类的大小,代码如下:  
 class ClassSize  
 \{  
   public:  
   protected:  
   private:  
 \};

int main()  
 \{  
   int x = sizeof(ClassSize);  
   cout<<"The result :"<<x<<endl;  
   return 0;  
 \}  
这个计算结果是什么?这个问题留给大家去试验.  
   1，基本数据类型的sizeof  
 cout<<sizeof(char)<<endl;                     结果是1  
 cout<<sizeof(int)<<endl;                        结果是4  
 cout<<sizeof(unsigned int)<<endl; 结果是4   
 cout<<sizeof(long int)<<endl;                结果是4  
 cout<<sizeof(short int)<<endl;               结果是2  
 cout<<sizeof(float)<<endl;                     结果是4  
 cout<<sizeof(double)<<endl;                 结果是8  
这个估计是个程序员都能回答出来,但这里列举出来时.  
   2，指针变量的sizeof  
 char \*pc ="abc";  
 sizeof( pc ); // 结果为4  
 sizeof(\*pc);     // 结果为1

int \*pi;   
 sizeof( pi ); //结果为4   
 sizeof(\*pi);     //结果为4

char \*\*ppc = &pc;   
 sizeof( ppc ); // 结果为4   
 sizeof( \*ppc ); // 结果为4   
 sizeof( \*\*ppc ); // 结果为1

void (\*pf)();// 函数指针  
 sizeof( pf );// 结果为4  
sizeof( pc ),sizeof( pi ),sizeof( ppc ),sizeof( pf ),指针的大小就是4个字节;sizeof(\*pc),指针指向的内容即字符串的首地址,当然是1个字节了;sizeof(\*pi),整形4个字节;sizeof( \*ppc ),sizeof( \*\*ppc )就有点文字游戏的意味了.  
  3，数组的sizeof  
 数组的sizeof值等于数组所占用的内存字节数，如：  
 char str\[\] = "abc";  
 int a2\[3\];  
 sizeof( a1 ); // 结果为4，字符 末尾还存在一个NULL终止符  
 sizeof( a2 ); // 结果为3\*4=12（依赖于int）

写到这里，提一问，下面的c3，c4值应该是多少呢  
 void func(char a3\[3\])  
 \{  
 int c3 = sizeof( a3 ); // c3 == 3?4  
 \}  
 void func2(char a4\[\])  
 \{  
 int c4 = sizeof( a4 ); // c4 == 4  
 \}  
 也许当你试图回答c4的值时已经意识到c3答错了，是的，c3!=3。这里函数参数a3已不再是数组类型，而是蜕变成指针，相当于char\* a3，为什么仔细想想就不难明白，我们调用函数func时，程序会在栈上分配一个大小为3的数组吗?不会！数组是“传址”的，调用者只需将实参的地址传递过去，所以a3自然为指针类型（char\*），c3的值也就为4。  
   4，结构体的sizeof  
 struct MyStruct  
 \{  
            double dda;  
            char strdda;  
            int nType;  
 \};//结果为16  
    为上面的结构分配空间的时候，VC根据成员变量出现的顺序和对齐方式，先为第一个成员dda分配空间，其起始地址跟结构的起始地址相同（刚好偏移量0刚好为sizeof(double)的倍数），该成员变量占用sizeof(double)=8个字节；接下来为第二个成员strdda分配空间，这时下一个可以分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为8，是sizeof(char)的倍数，所以把strdda存放在偏移量为8的地方满足对齐方式，该成员变量占用sizeof(char)=1个字节；接下来为第三个成员nType分配空间，这时下一个可以分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为9，不是sizeof(int)=4的倍数，为了满足对齐方式对偏移量的约束问题，VC自动填充3个字节（这三个字节没有放什么东），这时下一个可以分配的地址对于结构的起始地址的偏移量为12，刚好是sizeof(int)=4的倍数，所以把nType存放在偏移量为12的地方，该成员变量占用sizeof(int)=4个字节；这时整个结构的成员变量已经都分配了空间，总的占用的空间大小为：8+1+3+4=16，刚好为结构的字节边界数（即结构中占用最大空间的类型所占用的字节数sizeof(double)=8）的倍数，所以没有空缺的字节需要填充。所以整个结构的大小为：sizeof(MyStruct)=8+1+3+4=16，其中有3个字节是VC自动填充的，没有放任何有意义的东西。下面这个结构呢?留给读者自己去测试吧:  
 struct MyStruct  
 \{  
             double dda;  
            char strdda;  
           int type;  
          char add;  
 \};  
   5，含位域结构体的sizeof

struct data  
 \{  
 char f1 : 3;  
 char f2 : 4;  
 char f3 : 5;  
 \};  
其内存布局为：  
|\_f1\_\_|\_\_\_f2\_\_|\_|\_\_\_\_f3\_\_\_|\_\_\_\_\_|  
|\_|\_ |\_|\_|\_ |\_|\_|\_|\_|\_|\_| \_| \_|\_|\_ |\_|  
0       3             7  8              13       16

位域类型为char，第1个字节仅能容纳下f1和f2，所以f2被压缩到第1个字节中，而f3只能从下一个字节开始。因此sizeof(data)的结果为2。

6，含有联合体的结构体的sizeof  
 struct stru1  
 \{  
           char \*ptr,ch;                   //有指针变成4＋4  
           union A            //后面跟了A定义了一个类型,不占内存，而后面不跟A,是声明了结构体的一个成员,占内存,  
          \{  
              short a,b;  
              unsigned int c:2, d:1;  
           \};  
           struct stru1\* next;                //指针占4  
 \};//这样是8＋4＝12个字节

struct stru1  
 \{  
           char \*ptr,ch;                            
           union              //联合体是结构体的成员，占内存，并且最大类型是unsigned int，占4  
          \{  
               short a,b;  
               unsigned int c:2, d:1;  
           \};  
           struct stru1\* next;                          
 \};//这样是8＋4＋4＝16个字节  
  看着有点迷糊吧,不要着急,我们慢慢来分析.首先我们再温习一下什么是联合:联合表示几个变量公用一个内存位置, 在不同的时间保存不同的数据类型 和不同长度的变量;当一个联合被说明时, 编译程序自动地产生一个变量, 其长度为联合中最大的变量长度。这下或许你有点明白了,不过我们再来看看下面的例子,你就会深刻理解了:  
 union abc  
 \{   
       int i;   
       char mm;   
   \};    
  用上面说明的联合定义一个名为lgc的联合变量, 可写成: union abc lgc,现在编译器就为lgc分配了4个字节的内存,因为最大为int.如果你觉得还不明白,那你去试试把第一个结构体改为:  
 struct stru1  
 \{  
           char \*ptr,ch;                     
           union A              
          \{  
              short a,b;  
              unsigned int c:2, d:1;  
           \};  
    union A x;  
           struct stru1\* next;                  
 \};//这样是8＋4+4＝16个字节  
   7，结构体体含有结构体的sizeof

struct stru1  
     \{  
      char c;  
      int i;  
     \};  
 struct stru2  
    \{  
     char c1;  
     stru1 s;  
     char c2;  
     \};  
 cout<<sizeof(stru2);      //stru2=16

stru1的最宽简单成员的类型为int，stru2在考虑最宽简单类型成员时是将S1“打散”看的，所以S3的最宽简单类型也为int，这样，通过S3定义的变量，其存储空间首地址需要被4整除，整个sizeof(S3)的值也应该被4整除。c1的偏移量为0，s的偏移量呢这时s是一个整体，它作为结构体变量也满足前面三个准则，所以其大小为8，偏移量为4，c1与s之间便需要3个填充字节，而c2与s之间就不需要了，所以c2的偏移量为12，算上c2的大小为13，13是不能被4整除的，这样末尾还得补上3个填充字节。最后得到sizeof(stru2)的值为16  
   8，带有\#pragma pack的sizeof

它是用来调整结构体对齐方式的，不同编译器名称和用法略有不同，VC6中通过\#pragma pack实现，也可以直接修改/Zp编译开关。\#pragma pack的基本用法为：\#pragma pack( n )，n为字节对齐数，其取值为1、2、4、8、16，默认是8，如果这个值比结构体成员的sizeof值小，那么该成员的偏移量应该以此值为准，即是说，结构体成员的偏移量应该取二者的最小值，再看示例：  
 \#pragma pack(push) // 将当前pack设置压栈保存  
 \#pragma pack(2)// 必须在结构体定义之前使用  
 struct stru1  
 \{  
 char c;  
 int i;  
 \};  
 struct stru2  
 \{  
 char c1;  
 stru1 s;  
 char c2  
 \};  
\#pragma pack(pop) // 恢复先前的pack设置  
计算sizeof(S1)时，min(2, sizeof(i))的值为2，所以i的偏移量为2，加上sizeof(i)等于6，能够被2整除，所以整个S1的大小为6。同样，对于sizeof(S3)，s的偏移量为2，c2的偏移量为8，加上sizeof(c2)等于9，不能被2整除，添加一个填充字节，所以sizeof(S3)等于10。

9，空结构体或者空类的sizeof

struct S5 \{ \};  
 sizeof( S5 ); // 结果为1  
 class c1\{ \};  
 sizeof( c1); // 结果为1  
   为什么?随便就推荐一本书吧:inside the c++ object model,读者自己去找答案吧,绝对有帮助.

10，类的sizeof  
   最后回到我们开始的地方,类的sizeof值等于类中成员变量所占用的内存字节数。如：

class A  
 \{  
 public:  
          int b;  
          float c;  
          char d;  
 \};

int main(void)  
 \{  
 A object;  
 cout << "sizeof(object) is " << sizeof(object) << endl;  
 return 0 ;  
 \}

输出结果为12（我的机器上sizeof(float)值为4，字节对其前面已经讲过）。不过需要注意的是，如果类中存在静态成员变量，结果又会是什么样子呢？  
 class A  
 \{  
 public:  
          static int a;  
          int b;  
          float c;  
          char d;  
 \};

int main()  
 \{  
 A object;  
 cout << "sizeof(object) is " << sizeof(object) << endl;  
 return 0 ;  
 \}

结果仍然是12.因为在程序编译期间，就已经为static变量在静态存储区域分配了内存空间，并且这块内存在程序的整个运行期间都存在。而每次声明了类A的一个对象的时候，为该对象在堆上，根据对象的大小分配内存。如果类A中包含成员函数，那么又会是怎样的情况呢？看下面的例子:

class A  
 \{  
 public:  
          static int a;  
          int b;  
          float c;  
          char d;  
          int add(int x,int y)  
          \{  
            return x+y;  
          \}  
 \};

int main()  
 \{  
 A object;  
 cout << "sizeof(object) is " << sizeof(object) << endl;  
 b = object.add(3,4);  
 cout << "sizeof(object) is " << sizeof(object) << endl;  
 return 0 ;  
 \}

结果仍为12.因为只有非静态类成员变量在新生成一个object的时候才需要自己的副本。所以每个非静态成员变量在生成新object需要内存，而function是不需要的。