C++中sizeof的作用是什么

這篇文章給大家分享的是有關(guān)C++中sizeof的作用是什么的內(nèi)容。小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過來看看吧。

sizeof作用于基本數(shù)據(jù)類型，在特定的平臺(tái)和特定的編譯器中，結(jié)果是確定的，如果使用sizeof計(jì)算構(gòu)造類型：結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體和類的大小時(shí)，情況稍微復(fù)雜一些。

1.sizeof計(jì)算結(jié)構(gòu)體

考察如下代碼：

struct S1
{
char c;
int i;
};
cout<<”sizeof(S1)=”<<sizeof(S1)<<endl;

sizeof(S1)結(jié)果是8，并不是想象中的sizeof(char)+sizeof(int)=5。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體或類成員變量具有不同類型時(shí)，需進(jìn)行成員變量的對(duì)齊?！队?jì)算機(jī)組成原理》一書中說明，對(duì)齊的目的是減少訪存指令周期，提高CPU存儲(chǔ)速度。

1.1內(nèi)存對(duì)齊原則

（1）結(jié)構(gòu)體變量的首地址能夠被其最寬基本成員類型大小所整除；

（2）結(jié)構(gòu)體每個(gè)成員相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量都是成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會(huì)在成員之間加上填充字節(jié)；

（3）結(jié)構(gòu)體的總大小為結(jié)構(gòu)體最寬基本成員類型大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會(huì)在最末一個(gè)成員之后加上填充字節(jié)。

有了以上三個(gè)內(nèi)存對(duì)齊的原則，就可以輕松應(yīng)對(duì)嵌套結(jié)構(gòu)體類型的內(nèi)存對(duì)齊。如下：

struct S2
{
char c1;
S1 s;
char c2;
};

在尋找S2的最寬基本數(shù)據(jù)類型時(shí)，包括其嵌套的結(jié)構(gòu)體中的成員，從S1中尋找出最寬結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型是int，因此S2的最寬數(shù)據(jù)類型是int。S1 s在結(jié)構(gòu)體S2中的對(duì)齊也遵守前三個(gè)準(zhǔn)則，因此sizeof(S2)=sizeof(char)+pad(3)+sizeof(S1)+1+pad(3)=1+3+8+1+3=16字節(jié)，其中pad(3)表示填充3個(gè)字節(jié)。

結(jié)構(gòu)體某個(gè)成員相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量可以通過宏offsetof()來獲得，這個(gè)宏也在stddef.h中定義，如下：

#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)

例如獲得S1中的偏移量，方法為

size_t pos = offsetof(S1, i); //pos等于4

1.2修改對(duì)齊方式

1.2.1#pragma pack

#pragma pack(n)中n為字節(jié)對(duì)齊數(shù)，其取值為1、2、4、8、16，默認(rèn)是8。結(jié)構(gòu)體對(duì)齊時(shí)，

（1）成員的偏移量為成員本身大小和n二者最小值的整數(shù)倍；
（2）結(jié)構(gòu)體最終大小是結(jié)構(gòu)體中最寬基本類型成員大小和n二者中的最小值的整數(shù)倍。

考察如下代碼：

#pragma pack(push) //將當(dāng)前pack設(shè)置壓棧保存
#pragma pack(2) //必須在結(jié)構(gòu)體定義之前使用
struct S1
{
char c;
int i;
};
struct S2
{
char c1;
S1 s;
char c2
};
#pragma pack(pop) // 恢復(fù)先前的pack設(shè)置

//或者
#pragma pack(2)
...
#pragma pack()

因此，sizeof(S2)=sizeof(char)+pad(1)+sizeof(S1)+1+pad(1)=1+1+6+1=10字節(jié)。

注意，#pragma pack不能指定變量的存儲(chǔ)地址，變量的首地址默認(rèn)為最大基本成員類型大小的整數(shù)倍。

1.2.2__declspec(align(#))

VC++支持__declspec(align(#))，在GNU C++并不支持。#的取值為1~8192，為2的冪。使用示例如下：

__declspec(align(256)) struct TestSize
{
char a;
int i;
};
cout<<sizeof(TestSize)<<endl; //輸出256

__declspec(align(#))要求#為2的整數(shù)次冪，作用主要有兩個(gè)方面：
（1）使結(jié)構(gòu)體或類成員按#pragma pack確定內(nèi)存布局之后，在末尾填充內(nèi)存使得整個(gè)對(duì)象的大小至少是#的整數(shù)倍。
（2）作用于變量時(shí)，強(qiáng)制要求編譯器將變量放置在地址是#整數(shù)倍的內(nèi)存位置上。這點(diǎn)在調(diào)用原生API等要求嚴(yán)格對(duì)齊的方法時(shí)十分重要。

1.3空結(jié)構(gòu)體

C/C++中不允許長(zhǎng)度為0的數(shù)據(jù)類型存在。對(duì)于“空結(jié)構(gòu)體”（不含數(shù)據(jù)成員）的大小不為0，而是1。“空結(jié)構(gòu)體”變量也得被存儲(chǔ)，這樣編譯器也就只能為其分配一個(gè)字節(jié)的空間用于占位了。如下：

struct S3 { };
sizeof(S3); // 結(jié)果為1

1.4位域結(jié)構(gòu)體

有些信息在存儲(chǔ)時(shí)，并不需要占用一個(gè)完整的字節(jié)， 而只需占一個(gè)或多個(gè)二進(jìn)制位。例如在存放一個(gè)開關(guān)量時(shí)，只有0和1 兩種狀態(tài)， 用一位即可表示。為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，并使處理簡(jiǎn)便，Ｃ語言又提供了一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為”位域”或”位段”。包含位域變量的結(jié)構(gòu)體叫作位域結(jié)構(gòu)體。位域結(jié)構(gòu)體的定義形式：

struct 位域結(jié)構(gòu)體名
{ 
類型說明符 位域名:位域長(zhǎng)度;
...
};

注意，位域長(zhǎng)度不應(yīng)該大于該類型說明符對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型的位長(zhǎng)度。
使用位域的主要目的是壓縮存儲(chǔ)，其大致規(guī)則為：

（1）如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小于類型的sizeof大小，則后面的字段將緊鄰前一個(gè)字段存儲(chǔ)，直到不能容納為止；
（2）如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大于類型的sizeof大小，則后面的字段將從新的存儲(chǔ)單元開始，其偏移量為其類型大小的整數(shù)倍；
（3）如果相鄰位域字段的類型不同，則各編譯器的具體實(shí)現(xiàn)有差異，VC++采取不壓縮方式，GNU C++采取壓縮方式；
（4）如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進(jìn)行壓縮；
（5）整個(gè)結(jié)構(gòu)體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍；
（6）位域可以無位域名，這時(shí)它只用作填充或調(diào)整位置，不能使用。例如：

struct BitFiledStruct
{ 
int a:1;
int :2; //該2位不能使用
int b:3;
int c:2;
};

關(guān)于位域結(jié)構(gòu)體的sizeof大小，考察如下代碼：

#include <iostream>
using namespace std;

struct BFS1
{
char f1 : 3;
char f2 : 4;
char f3 : 5;
};
struct BFS2
{
char f1 : 3;
int i : 4;
char f2 : 5;
};
struct BFS3
{
char f1 : 3;
char f2;
char f3 : 5;
};

int main()
{
cout<<sizeof(BFS1)<<endl;
cout<<sizeof(BFS2)<<endl;
cout<<sizeof(BFS3)<<endl;
}

運(yùn)行上面的程序，VC++和GNU C++輸出結(jié)果如下：

//VC++輸出結(jié)果
2
12
3

//GNU C++輸出結(jié)果
2
4
3

考察以上代碼，得出：

（1）sizeof(BFS1)==2。當(dāng)相鄰位域類型不同，在VC++中sizeof（BFS2）=1+pad(3)+4+1+pad(3)=12，采用不壓縮方式，位域變量i的偏移量需要是4的倍數(shù)，并且位域結(jié)構(gòu)體BFS2的總大小必須是sizeof(int)的整數(shù)倍。在GNU C++中為sizeof(BFS2)=4，相鄰的位域字段的類型不同時(shí)，采取了壓縮存儲(chǔ)，位域變量i緊隨位域變量f1的剩余位進(jìn)行存儲(chǔ)，位域變量f2同樣是緊隨位域變量i的剩余位進(jìn)行存儲(chǔ)，并且位域結(jié)構(gòu)體BFS2的總大小必須是sizeof(int)的整數(shù)倍，所以最終結(jié)果sizeof(BFS2)=1+pad(3)=4。

（2）sizeof(BFS3)==3，當(dāng)非位域字段穿插在其中，不會(huì)產(chǎn)生壓縮，在VC++和GNU C++中得到的大小均為3，如果壓縮存儲(chǔ)，則sizeof(BFS3)==2。

2.sizeof計(jì)算共用體

結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存組織上是順序式的，共用體則是重疊式，各成員共享一段內(nèi)存，所以整個(gè)共用體的sizeof也就是每個(gè)成員sizeof的最大值。結(jié)構(gòu)體的成員也可以是構(gòu)造類型，這里，構(gòu)造類型成員是被作為整體考慮的。所以，下面例子中，假設(shè)sizeof(s)的值大于sizeof(i)和sizeof(c),那么sizeof(U)等于sizeof(s)。

union U
{
int i;
char c;
S1 s;
};

3.sizeof計(jì)算類

類是C++中常用的自定義構(gòu)造類型，有數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)組成，進(jìn)行sizeof計(jì)算時(shí)，和結(jié)構(gòu)體并沒有太大的區(qū)別?？疾烊缦麓a：

#include <iostream>
using namespace std;

class Small{};

class LessFunc
{
int num;
void func1(){};
};

class MoreFunc
{
int num;
void func1(){};
int func2(){return 1;};
};

class NeedAlign
{
char c;
double d;
int i;
};

class Virtual
{
int num;
virtual void func(){};
};

int main(int argc,char* argv[])
{
cout<<sizeof(Small)<<endl; //輸出1
cout<<sizeof(LessFunc)<<endl;//輸出4
cout<<sizeof(MoreFunc)<<endl;//輸出4
cout<<sizeof(NeedAlign)<<endl;//輸出24
cout<<sizeof(Virtual)<<endl; //輸出8
return 0;
}

注意一點(diǎn)，C++中類同結(jié)構(gòu)體沒有本質(zhì)的區(qū)別，結(jié)構(gòu)體同樣可以包含成員函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)，虛函數(shù)和繼承，但一般不這么使用，沿用了C的結(jié)構(gòu)體使用習(xí)慣。類與結(jié)構(gòu)體唯一的區(qū)別就是結(jié)構(gòu)體的成員的默認(rèn)權(quán)限是public，而類是private。

基于以上這點(diǎn)，再考察從程序的輸出結(jié)果，得出如下結(jié)論：

（1）類同結(jié)構(gòu)體一樣，C++中不允許長(zhǎng)度為0的數(shù)據(jù)類型存在，雖然類無任何成員，但該類的對(duì)象仍然占用1個(gè)字節(jié)。
（2）類的成員函數(shù)并不影響類對(duì)象占用的空間，類對(duì)象的大小是由它數(shù)據(jù)成員決定的。
（3）類和結(jié)構(gòu)體一樣，同樣需要對(duì)齊，具體對(duì)齊的規(guī)則見上文結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對(duì)齊。
（4）類如果包含虛函數(shù)，編譯器會(huì)在類對(duì)象中插入一個(gè)指向虛函數(shù)表的指針，以幫助實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)用。

所以，該類的對(duì)象的大小至少比不包含虛函數(shù)時(shí)多4個(gè)字節(jié)。如果考慮內(nèi)存對(duì)齊，可能還要多些。如果使用數(shù)據(jù)成員之間的對(duì)齊，當(dāng)類對(duì)象至少包含一個(gè)數(shù)據(jù)成員，且擁有虛函數(shù)，那么該對(duì)象的大小至少是8B，讀者可自行推導(dǎo)。

感謝各位的閱讀！關(guān)于C++中sizeof的作用是什么就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，讓大家可以學(xué)到更多知識(shí)。如果覺得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！