深入理解 C/C++ sizeof() 运算符

过去有一段时间一直以为带个括号的 (sizeof()) 是 (C/C++) 的原生函数QAQ。

其实不然，(sizeof) 同位运算符(^|&~!)一样是一种单目运算符，作用于变量或数组。

在编译时编译器就会把 (sizeof()) 的内容转换成常数存入机器码中，不涉及函数的底层操作。

用途

sizeof 运算符可用于获取类、结构、共用体和其他用户自定义数据类型的大小。

使用 sizeof 的语法如下：

sizeof (data type)

其中，data type 是要计算大小的数据类型，包括类、结构、共用体和其他用户自定义数据类型。

sizeof 与 普通变量

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
	char char_var;
	float float_var;
	double double_var;
	long double ldouble_var;
	int int_var;
	long long ll_var;

	printf("sizeof char = %d
",sizeof(char_var));
	printf("sizeof float = %d
",sizeof(float_var));
	printf("sizeof double = %d
",sizeof(double_var));
	printf("sizeof long double = %d
",sizeof(ldouble_var));
	printf("sizeof int = %d
",sizeof(int_var));
	printf("sizeof long long = %d
",sizeof(ll_var));	
	return 0;
} 

输出结果：

sizeof char = 1
sizeof float = 4
sizeof double = 8
sizeof long double = 16
sizeof int = 4
sizeof long long = 8

可以看出，编译器把 sizeof 的内容都替换成了变量占用的空间大小（单位为字节）。

此外，作为一个运算符，在 sizeof 之后的变量名可以不用括号括起来，这样在概念上就不会和函数混淆了。

sizeof 与 指针变量

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
	char *char_point;
	double *double_point;
	int *int_point;
	long long ll_point;

	printf("sizeof pchar = %d
",sizeof(char_point));
	printf("sizeof pdouble = %d
",sizeof(double_point));
	printf("sizeof pint = %d
",sizeof(int_point));
	printf("sizeof plong long = %d
",sizeof(ll_point));	
	return 0;
} 

输出结果：

sizeof pchar = 8
sizeof pdouble = 8
sizeof pint = 8
sizeof plong long = 8

所有类型的指针变量在 (32) 位环境中占用四字节，在 (64) 位环境中占用 (8) 字节。
我的编译器是 (x64)（ (64) 位）的，如果是 (x86) 编译器（ (32) 位）下输出结果应该是 (4) 。

sizeof 与 数组

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
	char char_arr[10]="233";
	double double_arr[10]={0.0};
	int int_arr[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
	long long ll_arr[10];
	
	printf("sizeof arrchar = %d
",sizeof(char_arr));
	printf("sizeof arrdouble = %d
",sizeof(double_arr));
	printf("sizeof arrint = %d
",sizeof(int_arr));
	printf("sizeof arrlong long = %d
",sizeof(ll_arr));	
	return 0;
} 

输出结果：

sizeof arrchar = 10
sizeof arrdouble = 80
sizeof arrint = 40
sizeof arrlong long = 80

sizeof 与结构体

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    struct Student {
        char name[20];
        bool sex; 
        int age;
        int num;
    }stu;
    
    printf("sizeof (Student)stu = %d
",sizeof(stu));
    return 0;
} 

输出结果：

sizeof (Student)stu = 32

name数组占用 (1*10=20) 个字节，两个int占用 (4*2=8) 个字节，一个bool占用 (1) 个字节，加起来应该是 (29) 。

而程序输出了 (32) ，是不是编译器出问题了？

其实这是正常的，因为结构体的成员变量占用的是一块连续的内存，但是为了保证对不同类型的变量寻址正确，编译器会在储存各变量地址时自动对齐，而不是每个变量的内存块都紧密相连。

计算结构体大小需要了解一个名词偏移量，即结构体变量中成员的地址与结构体首地址的差（首个成员的地址），结构体内容每个成员（包括成员变量、函数、嵌套体）都拥有这一属性。

结构体内偏移量的计算公式为：上一个成员的偏移量 + 上一个成员的占用字节数

为了做到成员地址的对齐，编译器在编译程序时会遵照如下规则：

结构体变量中成员的偏移量必须是该成员大小的整数倍，否则向上补齐

还是用上面的例子，

(name[20]) 为首元素，偏移量为 (0) 。
(sex) 偏移量为 (0 + 20 = 20)，(20 \% 1 = 0) ，无须补齐。
(age) 偏移量为 (20 + 1 = 21)，(21 \% 4 ≠ 0)，偏移量向上补齐为整除 (4) 的 (24)。
(num) 偏移量为 (24 + 4 = 28)，(28 \% 4 = 0) ，无须补齐。

最后算出该结构体占用的内存大小为 = num的偏移量 + num占用的大小 = (32) 字节。

根据结构体变量地址对齐的这一特性，还可以知道在结构体中，结构体成员变量写的顺序会影响该结构体占用的空间大小。

根据简单的数学知识，把内存占用较小的结构体成员写在前面是比较优秀的。

此外，结构体标准对齐值也可以自定义，具体操作可以参考这篇博客。


最后，下次写 (memset) 的参数就可以不用写算出占用的空间而不用 (sizeof) 啦！（丝毫没用）