C++ sizeof利用法则及陷阱阐明

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1、什么是sizeof

首先看一下sizeof在msdn上的界说：

The sizeof keyword gives the amount of storage, in bytes, associated with a variable or a type (including aggregate types). This keyword returns a value of type size_t.

看到return这个字眼，是不是想到了函数？错了，sizeof不是一个函数，你见过给一个函数传参数，而不加括号的吗？sizeof可以，所以sizeof不是函数。网上有人说sizeof是一元操纵符，可是我并不这么认为，因为sizeof更像一个非凡的宏，它是在编译阶段求值的。举个例子：

cout<<sizeof(int)<<endl; // 32位机上int长度为4
cout<<sizeof(1==2)<<endl; // == 操纵符返回bool范例，相当于 cout<<sizeof(bool)<<endl;

在编译阶段已经被翻译为：

cout<<4<<endl;
cout<<1<<endl;

这里有个陷阱，看下面的措施：

int a = 0;
cout<<sizeof(a=3)<<endl;
cout<<a<<endl;

输出为什么是4，0而不是期望中的4，3？？？就在于sizeof在编译阶段处理惩罚的特性。由于sizeof不能被编译成呆板码，所以sizeof浸染范畴内，也就是()内里的内容也不能被编译，而是被替换成范例。=操纵符返回左操纵数的范例，所以a=3相当于int，而代码也被替换为：

int a = 0;
cout<<4<<endl;
cout<<a<<endl;

所以，sizeof是不行能支持链式表达式的，这也是和一元操纵符纷歧样的处所。

结论：不要把sizeof当成函数，也不要看作一元操纵符，把他当成一个非凡的编译预处理惩罚。

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2、sizeof的用法

sizeof有两种用法：

（1）sizeof(object)

也就是对工具利用sizeof，也可以写成sizeof object 的形式。

（2）sizeof(typename)

也就是对范例利用sizeof，留意这种环境下写成sizeof typename是犯科的。下面举几个例子说明一下：

int i = 2;
cout<<sizeof(i)<<endl; // sizeof(object)的用法，公道
cout<<sizeof i<<endl; // sizeof object的用法，公道
cout<<sizeof 2<<endl; // 2被理会成int范例的object, sizeof object的用法，公道
cout<<sizeof(2)<<endl; // 2被理会成int范例的object, sizeof(object)的用法，公道
cout<<sizeof(int)<<endl;// sizeof(typename)的用法，公道
cout<<sizeof int<<endl; // 错误！对付操纵符，必然要加()

可以看出，加()是永远正确的选择。

结论：岂论sizeof要对谁取值，最好都加上()。

3、数据范例的sizeof

（1）C++固有数据范例

32位C++中的根基数据范例，也就char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double

巨细别离是：1，2，4，4，4，8, 10。

思量下面的代码：

cout<<sizeof(unsigned int) == sizeof(int)<<endl; // 相等，输出 1

unsigned影响的只是最高位bit的意义，数据长度不会被改变的。

结论：unsigned不能影响sizeof的取值。

（2）自界说数据范例

typedef可以用来界说C++自界说范例。思量下面的问题：

typedef short WORD;
typedef long DWORD;
cout<<(sizeof(short) == sizeof(WORD))<<endl; // 相等，输出1
cout<<(sizeof(long) == sizeof(DWORD))<<endl; // 相等，输出1

结论：自界说范例的sizeof取值等同于它的范例原形。

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（3）函数范例

思量下面的问题：

int f1(){return 0;};
double f2(){return 0.0;}
void f3(){}
cout<<sizeof(f1())<<endl; // f1()返回值为int，因此被认为是int
cout<<sizeof(f2())<<endl; // f2()返回值为double，因此被认为是double
cout<<sizeof(f3())<<endl; // 错误！无法对void范例利用sizeof
cout<<sizeof(f1)<<endl; // 错误！无法对函数指针利用sizeof
cout<<sizeof*f2<<endl; // *f2，和f2()等价，因为可以看作object，所以括号不是须要的。被认为是double

结论：对函数利用sizeof，在编译阶段会被函数返回值的范例代替，

4、指针问题

思量下面问题：

cout<<sizeof(string*)<<endl; // 4
cout<<sizeof(int*)<<endl; // 4
cout<<sizof(char****)<<endl; // 4

可以看到，不管是什么范例的指针，巨细都是4的，因为指针就是32位的物理地点。

结论：只要是指针，巨细就是4。（64位机上要酿成8也不必然）。

顺便唧唧歪歪几句，C++中的指针暗示实际内存的地点。和C纷歧样的是，C++中打消了模式之分，也就是不再有small,middle,big,取而代之的是统一的flat。flat模式回收32位实地点寻址，而不再是c中的 segment:offset模式。举个例子，如果有一个指向地点 f000:8888的指针，假如是C范例则是8888(16位, 只存储位移，省略段)，far范例的C指针是f0008888(32位，高位保存段地点，职位保存位移),C++范例的指针是f8888(32位，相当于段地点*16 + 位移，但寻址范畴要更大)。

5、数组问题

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思量下面问题：

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char a[] = "abcdef";
int b[20] = {3, 4};
char c[2][3] = {"aa", "bb"};
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
cout<<sizeof(b)<<endl; // 20*4
cout<<sizeof(c)<<endl; // 6

数组a的巨细在界说时未指定，编译时给它分派的空间是凭据初始化的值确定的，也就是7。c是多维数组，占用的空间巨细是各维数的乘积，也就是6。可以看出，数组的巨细就是他在编译时被分派的空间，也就是各维数的乘积*数组元素的巨细。

结论：数组的巨细是各维数的乘积*数组元素的巨细。

这里有一个陷阱：

int *d = new int[10];
cout<<sizeof(d)<<endl; // 4

d是我们常说的动态数组，可是他实质上照旧一个指针，所以sizeof(d)的值是4。

再思量下面的问题：

double* (*a)[3][6];
cout<<sizeof(a)<<endl; // 4
cout<<sizeof(*a)<<endl; // 72
cout<<sizeof(**a)<<endl; // 24
cout<<sizeof(***a)<<endl; // 4
cout<<sizeof(****a)<<endl; // 8

a是一个很奇怪的界说，他暗示一个指向 double*[3][6]范例数组的指针。既然是指针，所以sizeof(a)就是4。

既然a是执行double*[3][6]范例的指针，*a就暗示一个double*[3][6]的多维数组范例，因此sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72。同样的，**a暗示一个double*[6]范例的数组，所以sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24。***a就暗示个中的一个元素，也就是double*了，所以sizeof(***a)=4。至于****a，就是一个double了，所以sizeof(****a)=sizeof(double)=8。

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6、向函数通报数组的问题

思量下面的问题：

#include <iostream>
using namespace std;
int Sum(int i[])
{
　int sumofi = 0;
　for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) //实际上，sizeof(i) = 4
　{
　　sumofi += i[j];
　}
　return sumofi;
}
int main()
{
　int allAges[6] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
　cout<<Sum(allAges)<<endl;
　system("pause");
　return 0;
}

Sum的本意是用sizeof获得数组的巨细，然后求和。可是实际上，传入自函数Sum的，只是一个int 范例的指针，所以sizeof(i)=4，而不是24，所以会发生错误的功效。办理这个问题的要领使是用指针可能引用。

利用指针的环境：

int Sum(int (*i)[6])
{
　int sumofi = 0;
　for (int j = 0; j < sizeof(*i)/sizeof(int); j++) //sizeof(*i) = 24
　{
　　sumofi += (*i)[j];
　}
　return sumofi;
}
int main()
{
　int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
　cout<<Sum(&allAges)<<endl;
　system("pause");
　return 0;
}

在这个Sum里，i是一个指向i[6]范例的指针，留意，这里不能用int Sum(int (*i)[])声明函数，而是必需指明要传入的数组的巨细，否则sizeof(*i)无法计较。可是在这种环境下，再通过sizeof来计较数组巨细已经没有意义了，因为此时巨细是指定为6的。

利用引用的环境和指针相似：

int Sum(int (&i)[6])
{
　int sumofi = 0;
　for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++)
　{
　　sumofi += i[j];
　}
　return sumofi;
}
int main()
{
　int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
　cout<<Sum(allAges)<<endl;
　system("pause");
　return 0;
}

这种环境下sizeof的计较同样无意义，所以用数组做参数，并且需要遍历的时候，函数应该有一个参数来说明数组的巨细，而数组的巨细在数组界说的浸染域内通过sizeof求值。因此上面的函数正确形式应该是：

#p#副标题#e# #include <iostream>
using namespace std;
int Sum(int *i, unsigned int n)
{
　int sumofi = 0;
　for (int j = 0; j < n; j++)
　{
　　sumofi += i[j];
　}
　return sumofi;
}
int main()
{
　int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
　cout<<Sum(i, sizeof(allAges)/sizeof(int))<<endl;
　system("pause");
　return 0;
}

7、字符串的sizeof和strlen

思量下面的问题：

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char a[] = "abcdef";
char b[20] = "abcdef";
string s = "abcdef";
cout<<strlen(a)<<endl; // 6，字符串长度
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7，字符串容量
cout<<strlen(b)<<endl; // 6，字符串长度
cout<<strlen(b)<<endl; // 20，字符串容量
cout<<sizeof(s)<<endl; // 12, 这里不代表字符串的长度，而是string类的巨细
cout<<strlen(s)<<endl; // 错误！s不是一个字符指针。
a[1] = '\0';
cout<<strlen(a)<<endl; // 1
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7，sizeof是恒定的

strlen是寻找从指定地点开始，到呈现的第一个0之间的字符个数，他是在运行阶段执行的，而sizeof是获得数据的巨细，在这里是获得字符串的容量。所以对同一个工具而言，sizeof的值是恒定的。string是C++范例的字符串，他是一个类，所以sizeof(s)暗示的并不是字符串的长度，而是类string的巨细。strlen(s)基础就是错误的，因为strlen的参数是一个字符指针，假如想用strlen获得s字符串的长度，应该利用sizeof(s.c_str())，因为string的成员函数c_str()返回的是字符串的首地点。实际上，string类提供了本身的成员函数来获得字符串的容量和长度，别离是Capacity()和Length()。string封装了常用了字符串操纵，所以在C++开拓进程中，最好利用string取代C范例的字符串。

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我注：关于sizeof(string)，仿佛差异的实现返回的功效纷歧样：

DevCPP：4

VS2005：32

8、从union的sizeof问题看cpu的对界

思量下面问题：（默认对齐方法）

union u
{
　double a;
　int b;
};
union u2
{
　char a[13];
　int b;
};
union u3
{
　char a[13];
　char b;
};
cout<<sizeof(u)<<endl; // 8
cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13

都知道union的巨细取决于它所有的成员中，占用空间最大的一个成员的巨细。所以对付u来说，巨细就是最大的double范例成员a了，所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。可是对付u2和u3，最大的空间都是char[13]范例的数组，为什么u3的巨细是13，而u2是16呢？要害在于u2中的成员int b。由于int范例成员的存在，使u2的对齐方法酿成4，也就是说，u2的巨细必需在4的对界上，所以占用的空间酿成了16（最靠近13的对界）。

结论：复合数据范例，如union，struct，class的对齐方法为成员中对齐方法最大的成员的对齐方法。

顺便提一下CPU对界问题，32的C++回收8位对界来提高运行速度，所以编译器会只管把数据放在它的对界上以提高内存掷中率。对界是可以变动的，利用#pragma pack(x)宏可以改变编译器的对界方法，默认是8。C++固有范例的对界取编译器对界方法与自身巨细中较小的一个。譬喻，指定编译器按2对界，int范例的巨细是4，则int的对界为2和4中较小的2。在默认的对界方法下，因为险些所有的数据范例都不大于默认的对界方法8（除了long double），所以所有的固有范例的对界方法可以认为就是范例自身的巨细。变动一下上面的措施：

#p#副标题#e# #pragma pack(2)
union u2
{
　char a[13];
　int b;
};
union u3
{
　char a[13];
　char b;
};
#pragma pack(8)
cout<<sizeof(u2)<<endl; // 14
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13

由于手动变动对界方法为2，所以int的对界也酿成了2，u2的对界取成员中最大的对界，也是2了，所以此时sizeof(u2)=14。

结论：C++固有范例的对界取编译器对界方法与自身巨细中较小的一个。

9、struct的sizeof问题

因为对齐问题使布局体的sizeof变得较量巨大，看下面的例子：(默认对齐方法下)

struct s1
{
　char a;
　double b;
　int c;
　char d;
};
struct s2
{
　char a;
　char b;
　int c;
　double d;
};
cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 16

同样是两个char范例，一个int范例，一个double范例，可是因为对界问题，导致他们的巨细差异。计较布局体巨细可以回收元素摆放法，我举例子说明一下：首先，CPU判定布局体的对界，按照上一节的结论，s1和s2的对界都取最大的元素范例，也就是double范例的对界8。然后开始摆放每个元素。

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对付s1，首先把a放到8的对界，假定是0，此时下一个空闲的地点是1，可是下一个元素d是double范例，要放到8的对界上，离1最靠近的地点是8了，所以d被放在了8，此时下一个空闲地点酿成了16，下一个元素c的对界是4，16可以满意，所以c放在了16，此时下一个空闲地点酿成了20，下一个元素d需要对界1，也正好落在对界上，所以d放在了20，布局体在地点21处竣事。由于s1的巨细需要是8的倍数，所以21-23的空间被保存，s1的巨细酿成了24。

#p#副标题#e#

对付s2，首先把a放到8的对界，假定是0，此时下一个空闲地点是1，下一个元素的对界也是1，所以b摆放在1，下一个空闲地点酿成了2；下一个元素c的对界是4，所以取离2最近的地点4摆放c，下一个空闲地点酿成了8，下一个元素d的对界是8，所以d摆放在8，所有元素摆放完毕，布局体在15处竣事，占用总空间为16，正好是8的倍数。

这里有个陷阱，对付布局体中的布局体成员，不要认为它的对齐方法就是他的巨细，看下面的例子：

struct s1
{
　char a[8];
};
struct s2
{
　double d;
};
struct s3
{
　s1 s;
　char a;
};
struct s4
{
　s2 s;
　char a;
};
cout<<sizeof(s1)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s3)<<endl; // 9
cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16;

s1和s2巨细固然都是8，可是s1的对齐方法是1，s2是8（double），所以在s3和s4中才有这样的差别。

所以，在本身界说布局体的时候，假如空间告急的话，最好思量对齐因素来分列布局体里的元素。

10、不要让double滋扰你的位域

在布局体和类中，可以利用位域来划定某个成员所能占用的空间，所以利用位域能在必然水平上节减布局体占用的空间。不外思量下面的代码：

struct s1
{
　int i: 8;
　int j: 4;
　double b;
　int a:3;
};
struct s2
{
　int i;
　int j;
　double b;
　int a;
};
struct s3
{
　int i;
　int j;
　int a;
　double b;
};
struct s4
{
　int i: 8;
　int j: 4;
　int a:3;
　double b;
};
cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s3)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16

可以看到，有double存在会过问干与到位域（sizeof的算法参考上一节），所以利用位域的的时候，最好把float范例和double范例放在措施的开始可能最后。