sizeof()

这是初学者问得最多的一个问题,所以这里有必要多费点笔墨。让我们先看一个结构体:
struct S1
{
char c;
int i;
};
问sizeof(s1)等于多少聪明的你开始思考了,char占1个字节,int占4个字节,那么加起来就应该是5。是这样吗你在你机器上试过了吗也许你是对的,但很可能你是错的!VC6中按默认设置得到的结果为8。
Why为什么受伤的总是我
请不要沮丧,我们来好好琢磨一下sizeof的定义——sizeof的结果等于对象或者类型所占的内存字节数,好吧,那就让我们来看看S1的内存分配情况:
S1 s1 = { 'a', 0xFFFFFFFF };
定义上面的变量后,加上断点,运行程序,观察s1所在的内存,你发现了什么
以我的VC6.0为例,s1的地址为0x0012FF78,其数据内容如下:
0012FF78: 61 CC CC CC FF FF FF FF
发现了什么怎么中间夹杂了3个字节的CC看看MSDN上的说明:
When applied to a structure type or variable, sizeof returns the actual size, which may include padding bytes inserted for alignment.
原来如此,这就是传说中的字节对齐啊!一个重要的话题出现了。
为什么需要字节对齐计算机组成原理教导我们这样有助于加快计算机的取数速度,否则就得多花指令 周期了。为此,编译器默认会对结构体进行处理(实际上其它地方的数据变量也是如此),让宽度为2的基本数据类型(short等)都位于能被2整除的地址 上,让宽度为4的基本数据类型(int等)都位于能被 4整除的地址上,以此类推。这样,两个数中间就可能需要加入填充字节,所以整个结构体的sizeof值就增长了。
让我们交换一下S1中char与int的位置:
struct S2
{
int i;
char c;
};
看看sizeof(S2)的结果为多少,怎么还是8再看看内存,原来成员c后面仍然有3个填充字节,这又是为什么啊别着急,下面总结规律。
字节对齐的细节和编译器实现相关,但一般而言,满足三个准则:
1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除;
2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量(offset)都是成员大小的整数倍,如有需要编译器会在成员之间加上填充字节(internal adding);
3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍,如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节(trailing padding)。
对于上面的准则,有几点需要说明:
1) 前面不是说结构体成员的地址是其大小的整数倍,怎么又说到偏移量了呢因为有了第1点存在,所以我们就可以只考虑成员的偏移量,这样思考起来简单。想想为什么。
结构体某个成员相对于结构体首地址的偏移量可以通过宏offsetof()来获得,这个宏也在stddef.h中定义,如下:
#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)
例如,想要获得S2中c的偏移量,方法为
size_t pos = offsetof(S2, c);// pos等于4
2) 基本类型是指前面提到的像char、short、int、float、double这样的内置数据类型,这里所说的“数据宽度”就是指其sizeof的大 小。由于结构体的成员可以是复合类型,比如另外一个结构体,所以在寻找最宽基本类型成员时,应当包括复合类型成员的子成员,而不是把复合成员看成是一个整 体。但在确定复合类型成员的偏移位置时则是将复合类型作为整体看待。
这里叙述起来有点拗口,思考起来也有点挠头,还是让我们看看例子吧(具体数值仍以VC6为例,以后不再说明):
struct S3
{
char c1;
S1 s;
char c2;
};
S1的最宽简单成员的类型为int,S3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(S3)的值为16。
通过上面的叙述,我们可以得到一个公式:
结构体的大小等于最后一个成员的偏移量加上其大小再加上末尾的填充字节数目,即:
sizeof( struct ) = offsetof( last item ) + sizeof( last item ) + sizeof( trailing padding )
到这里,朋友们应该对结构体的sizeof有了一个全新的认识,但不要高兴得太早,有一个影响 sizeof的重要参量还未被提及,那便是编译器的 pack指令。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,
公式如下:
offsetof( item ) = min( n, sizeof( item ) )
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 S1
{
char c;
int i;
};
struct S3
{
char c1;
S1 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。
现在,朋友们可以轻松的出一口气了,:)
还有一点要注意,“空结构体”(不含数据成员)的大小不为0,而是1。试想一个“不占空间”的变量如何被取地址、两个不同的“空结构体”变量又如何得以区分呢于是,“空结构体”变量也得被存储,这样编译器也就只能为其分配一个字节的空间用于占位了。如下:
struct S5 { };
sizeof( S5 ); // 结果为1



sizeof使用介绍  
本文主要包括二个部分,第一部分重点介绍在VC中,怎么样采用sizeof来求结构的大小,以及容易出现的问题,并给出解决问题的方法,第二部分总结出VC中sizeof的主要用法。  
1、sizeof应用在结构上的情况  
请看下面的结构:  
struct   MyStruct  
{  
double   d1;  
char   d2;  
int   in  
};  
对结构MyStruct采用sizeof会出现什么结果呢?

sizeof(MyStruct)为多少呢?也许你会这样求:  
sizeof(MyStruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13  
但是当在VC中测试上面结构的大小时,会发现sizeof(MyStruct)为16。

其实,这是VC对变量存储的一个特殊处理。为了提高CPU的存储速度,VC对一些变量的起始地址做了“对齐”处理。在默认情况下,VC规定各成员变量存放 的起始地址相对于结构的起始地址的偏移量必须为该变量的类型所占用的字节数的倍数。下面列出常用类型的对齐方式(vc6.0,32位系统)。  
类型   对齐方式(变量存放的起始地址相对于结构的起始地址的偏移量)  
char    偏移量必须为sizeof(char)即1的倍数  
int        偏移量必须为sizeof(int)即4的倍数  
float     偏移量必须为sizeof(float)即4的倍数  
double 偏移量必须为sizeof(double)即8的倍数  
Short    偏移量必须为sizeof(short)即2的倍数
  
各成员变量在存放的时候根据在结构中出现的顺序依次申请空间,同时按照上面的对齐方式调整位置,空缺的字节VC会自动填充。同时VC为了确保结构的大小为 结构的字节边界数(即该结构中占用最大空间的类型所占用的字节数)的倍数,所以在为最后一个成员变量申请空间后,还会根据需要自动填充空缺的字节。  
下面用前面的例子来说明VC到底怎么样来存放结构的。  
struct   MyStruct    
{  
double   d1;    
char   d2;  
int   in;
};  
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d1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d1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d1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in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西),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type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。  

  
VC对结构的存储的特殊处理确实提高CPU存储变量的速度,但是有时候也带来了一些麻烦,我们也屏蔽掉变量默认的对齐方式,自己可以设定变量的对齐方式。  
VC中提供了#pragma   pack(n)来设定变量以n字节对齐方式。n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况:

第一、如果n大于等于该变量所占用的字节数,那么偏移量必须满足默认的对齐方式第二、如果n小于该变量的类型所占用的字节数,那么偏移量为n的倍数,不用满足默认的对齐方式。

结构的总大小也有个约束条件,分下面两种情况:如果n大于所有成员变量类型所占用的字节数,那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数; 否则必须为n的倍数。

下面举例说明其用法。  
#pragma   pack(push)   //保存对齐状态  
#pragma   pack(4)//设定为4字节对齐  
struct   test  
{  
char   m1;  
double   m4;  
int   m3;  
};  
#pragma   pack(pop)//恢复对齐状态  
以上结构的大小为16,下面分析其存储情况,首先为m1分配空间,其偏移量为0,满足我们自己设定的对齐方式(4字节对齐),m1占用1个字节。接着开始 为m4分配空间,这时其偏移量为1,需要补足3个字节,这样使偏移量满足为n=4的倍数(因为sizeof(double)大于n),m4占用8个字节。 接着为m3分配空间,这时其偏移量为12,满足为4的倍数,m3占用4个字节。这时已经为所有成员变量分配了空间,共分配了16个字节,满足为n的倍数。 如果把上面的#pragma   pack(4)改为#pragma   pack(16),那么我们可以得到结构的大小为24。

2、   sizeof用法总结  
在VC中,sizeof有着许多的用法,而且很容易引起一些错误。下面根据sizeof后面的参数对sizeof的用法做个总结。  
A.   参数为数据类型或者为一般变量。例如sizeof(int),sizeof(long)等等。这种情况要注意的是不同系统系统或者不同编译器得到的结果可 能是不同的。例如int类型在16位系统中占2个字节,在32位系统中占4个字节。  
B.   参数为数组或指针。下面举例说明.  
int   a[50];   //sizeof(a)=4*50=200;   求数组所占的空间大小  
int   *a=new   int[50];//   sizeof(a)=4;   a为一个指针,sizeof(a)是求指针  
//的大小,在32位系统中,当然是占4个字节。  
C.   参数为结构或类。Sizeof应用在类和结构的处理情况是相同的。但有两点需要注意,第一、结构或者类中的静态成员不对结构或者类的大小产生影响,因为静态变量的存储位置与结构或者类的实例地址无关。  
第二、没有成员变量的结构或类的大小为1,因为必须保证结构或类的每一个实例在内存中都有唯一的地址。  
下面举例说明,  
Class   Test{int   a;static   double   c};//sizeof(Test)=4.  
Test   *s;//sizeof(s)=4,s为一个指针。  
Class   test1{   };//sizeof(test1)=1;  
D.   参数为其他。下面举例说明。  
int   func(char   s[5]);  
{  
cout<  
//数的参数在传递的时候系统处理为一个指针,所  
//以sizeof(s)实际上为求指针的大小。  
return   1;  
}  
sizeof(func(“1234”))=4//因为func的返回类型为int,所以相当于  
//求sizeof(int).

原文地址:https://www.cnblogs.com/danghuijian/p/4400862.html