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  • sizeof() c++primer

    使用sizeof的结果部分地依赖所涉及的类型:

    1. 对char类型或值为char 类型的表达式做sizeof操作保证得到1
    2. 对引用类型做sizeof操作将返回存放此引用类型对象所需要的内存空间的大小。也就是被引用的对象占用对少内存,引用就占用多少内存
    3. 对指针做sizeof操作将返回存放指针所需要的内存大小,如果需要获取该指针所指向的对象的大小,则必须对该指针进行解引用。
    4. 对数组做sizeof操作等效于将对其元素类型做sizeof操作的结果乘上数组的元素个数。 
    5. sizeof(string)总是返回为4.string的实现在各库中可能有所不同,但是在同一库中相同一点是,无论你的string里放多长的字符串,它的sizeof()都是固定的,字符串所占的空间是从堆中动态分配的,与sizeof()无关。

      首先看一下sizeof在msdn上的定义:

        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是一元操作符,但是我并不这么认为,因为sizeof更像一个特殊的宏,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; // == 操作符返回bool类型,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,看下面的程序:

    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在编译阶段处理的特性。由于sizeof不能被编译成机器码,所以sizeof作用范围内,也就是()里面的内容也不能被编译,而是被替换成类型。=操作符返回左操作数的类型,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是不可能支持链式表达式的,这也是和一元操作符不一样的地方。

        结论:不要把sizeof当成函数,也不要看作一元操作符,把他当成一个特殊的编译预处理。

    (3)函数类型

        考虑下面的问题:

    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类型使用sizeof

    cout<<sizeof(f1)<<endl;   // 错误!无法对函数指针使用sizeof   

    cout<<sizeof*f2<<endl;   // *f2,和f2()等价,因为可以看作object,所以括号不是必要的。被认为是double

        结论:对函数使用sizeof,在编译阶段会被函数返回值的类型取代,

    4、指针问题

        考虑下面问题:

    cout<<sizeof(string*)<<endl; // 4

    cout<<sizeof(int*)<<endl; // 4

    cout<<sizof(char****)<<endl; // 4

        可以看到,不管是什么类型的指针,大小都是4的,因为指针就是32位的物理地址。

      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,但是他实质上还是一个指针,所以sizeof(d)的值是4。

        再考虑下面的问题:

    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是一个很奇怪的定义,他表示一个指向 double*[3][6]类型数组的指针。既然是指针,所以sizeof(a)就是4。

        既然a是执行double*[3][6]类型的指针,*a就表示一个double*[3][6]的多维数组类型,因此sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72。同样的,**a表示一个double*[6]类型的数组,所以sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24。***a就表示其中的一个元素,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。

    8、从union的sizeof问题看cpu的对界

        考虑下面问题:(默认对齐方式)

    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的大小取决于它所有的成员中,占用空间最大的一个成员的大小。所以对于u来说,大小就是最大的double类型成员a了,所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是对于u2和u3,最大的空间都是char[13]类型的数组,为什么u3的大小是13,而u2是16呢?关键在于u2中的成员int b。由于int类型成员的存在,使u2的对齐方式变成4,也就是说,u2的大小必须在4的对界上,所以占用的空间变成了16(最接近13的对界)。

        结论:复合数据类型,如union,struct,class的对齐方式为成员中对齐方式最大的成员的对齐方式。

    9、struct的sizeof问题(尽量将相同sizeof的放在一起,貌似能够节省不少的内存空间)

        因为对齐问题使结构体的sizeof变得比较复杂,看下面的例子:(默认对齐方式下)

    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类型,一个int类型,一个double类型,但是因为对界问题,导致他们的大小不同。计算结构体大小可以采用元素摆放法,我举例子说明一下:首先,CPU判断结构体的对界,根据上一节的结论,s1和s2的对界都取最大的元素类型,也就是double类型的对界8。然后开始摆放每个元素。

        对于s1,首先把a放到8的对界,假定是0,此时下一个空闲的地址是1,但是下一个元素d是double类型,要放到8的对界上,离1最接近的地址是8了,所以d被放在了8,此时下一个空闲地址变成了16,下一个元素c的对界是4,16可以满足,所以c放在了16,此时下一个空闲地址变成了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,结构体在地址21处结束。由于s1的大小需要是8的倍数,所以21-23的空间被保留,s1的大小变成了24。

        对于s2,首先把a放到8的对界,假定是0,此时下一个空闲地址是1,下一个元素的对界也是1,所以b摆放在1,下一个空闲地址变成了2;下一个元素c的对界是4,所以取离2最近的地址4摆放c,下一个空闲地址变成了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,结构体在15处结束,占用总空间为16,正好是8的倍数。

        这里有个陷阱,对于结构体中的结构体成员,不要认为它的对齐方式就是他的大小,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大小虽然都是8,但是s1的对齐方式是1,s2是8(double),所以在s3和s4中才有这样的差异。

        所以,在自己定义结构体的时候,如果空间紧张的话,最好考虑对齐因素来排列结构体里的元素。

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