詳細解析C語言中的sizeof

一、sizeof的概念
　　sizeof是C語言的一種單目操作符，如C語言的其他動作符++、--等。它並不是函數。sizeof操作符以位元組形式給出了其運算元的儲存大小。運算元可以是一個運算式或括在括弧內的類型名。運算元的儲存大小由運算元的類型決定。　

二、sizeof的使用方法

　　1、用於資料類型
　 　sizeof使用形式：sizeof（type）　
　　資料類型必須用括弧括住。如sizeof（int）。　
　　2、用於變數　
　　sizeof使用形式：sizeof（var_name）或sizeof　var_name　
　　變數名可以不用括弧括住。如sizeof　(var_name)，sizeof　var_name等都是正確形式。帶括弧的用法更普遍，大多數程式員採用這種形式。　
　　注意：sizeof操作符不能用於函數類型，不完全類型或位欄位。不完全類型指具有未知儲存大小的資料類型，如未知儲存大小的數群組類型、未知內容的結構或等位型別、void類型等。　
　　如sizeof(max)若此時變數max定義為int　max(),sizeof(char_v)　若此時char_v定義為char　char_v　[MAX]且MAX未知，sizeof(void)都不是正確形式。　

三、sizeof的結果
　　sizeof操作符的結果類型是size_t，它在標頭檔中typedef為unsigned　int類型。該類型保證能容納實現所建立的最大對象的位元組大小。　
　　1、若運算元具有類型char、unsigned　char或signed　char，其結果等於1。　
　　ANSI　C正式規定字元類型為1位元組。　
　　2、int、unsigned　int　、short　int、unsigned　short　、long　int　、unsigned　long　、float、double、long　double類型的sizeof　在ANSI　C中沒有具體規定，大小依賴於實現，一般可能分別為2、2、2、2、4、4、4、8、10。　
　　3、當運算元是指標時，sizeof依賴於編譯器。例如Microsoft　C/C++7.0中，near類指標位元組數為2，far、huge類指標位元組數為4。一般Unix的指標位元組數為4。　
　　4、當運算元具有數群組類型時，其結果是數組的總位元組數。　
　　5、等位型別運算元的sizeof是其最大位元組成員的位元組數。結構類型運算元的sizeof是這種類型對象的總位元組數，包括任何墊補在內。　
　　讓我們看如下結構：　
　　struct　{char　b;　double　x;}　a;　
　　在某些機器上sizeof（a）=12，而一般sizeof（char）+　sizeof（double）=9。　
　　這是因為編譯器在考慮對齊問題時，在結構中插入空位以控制各成員對象的地址對齊。如double類型的結構成員x要放在被4整除的地址。　
　　6、如果運算元是函數中的數組形參或函數類型的形參，sizeof給出其指標的大小。　

四、sizeof與其他動作符的關係
　　sizeof的優先順序為2級，比/、%等3級運算子優先順序高。它可以與其他動作符一起組成運算式。如i*sizeof（int）；其中i為int類型變數。　

五、sizeof的主要用途
　　1、sizeof操作符的一個主要用途是與儲存分配和I/O系統那樣的常式進行通訊。例如：　
　　void　*malloc（size_t　size）,　
　　size_t　fread(void　*　ptr,size_t　size,size_t　nmemb,FILE　*　stream)。　
　　2、sizeof的另一個的主要用途是計算數組中元素的個數。例如：　
　　void　*　memset（void　*　s,int　c,sizeof(s)）。 是VC自動填滿的，沒有放任何有意義的東西。
　　下面再舉個例子，交換一下上面的MyStruct的成員變數的位置，使它變成下面的情況：
struct MyStruct
{
char dda;
double dda1;
int type
}；
　　這個結構佔用的空間為多大呢？在VC6.0環境下，可以得到sizeof(MyStruc)為24。結合上面提到的分配空間的一些原則，分析下VC怎麼樣為上面的結構分配空間的。（簡單說明）
struct MyStruct
{
char dda;//位移量為0，滿足對齊，dda佔用1個位元組；
double dda1;//下一個可用的地址的位移量為1，不是sizeof(double)=8
//的倍數，需要補足7個位元組才能使位移量變為8（滿足對齊
//方式），因此VC自動填滿7個位元組，dda1存放在位移量為8
//的地址上，它佔用8個位元組。
int type；//下一個可用的地址的位移量為16，是sizeof(int)=4的倍
//數，滿足int的對齊，所以不需要VC自動填滿，type存
//放在位移量為16的地址上，它佔用4個位元組。
}；//所有成員變數都分配了空間，空間總的大小為1+7+8+4=20，不是結構
//的節邊界數（即結構中佔用最大空間的類型所佔用的位元組數sizeof
//(double)=8）的倍數，所以需要填充4個位元組，以滿足結構的大小為
//sizeof(double)=8的倍數。
　　所以該結構總的大小為：sizeof(MyStruc)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個位元組是VC自動填滿的，沒有放任何有意義的東西。
　　VC對結構的儲存的特殊處理確實提高CPU儲存變數的速度，但是有時候也帶來了一些麻煩，我們也屏蔽掉變數預設的對齊，自己可以設定變數的對齊。
　　VC中提供了#pragma pack(n)來設定變數以n位元組對齊。n位元組對齊就是說變數存放的起始地址的位移量有兩種情況：第一、如果n大於等於該變數所佔用的位元組數，那麼位移量必須滿足預設的對齊，第二、如果n小於該變數的類型所佔用的位元組數，那麼位移量為n的倍數，不用滿足預設的對齊。結構的總大小也有個約束條件，分下面兩種情況：如果n大於所有成員變數類型所佔用的位元組數，那麼結構的總大小必須為佔用空間最大的變數佔用的空間數的倍數；
　　否則必須為n的倍數。下面舉例說明其用法。
#pragma pack(push) //儲存對齊狀態
#pragma pack(4)//設定為4位元組對齊
struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};
#pragma pack(pop)//恢複對齊狀態
　　以上結構的大小為16，下面分析其儲存情況，首先為m1分配空間，其位移量為0，滿足我們自己設定的對齊（4位元組對齊），m1佔用1個位元組。接著開始為m4分配空間，這時其位移量為1，需要補足3個位元組，這樣使位移量滿足為n=4的倍數（因為sizeof(double)大於n）,m4佔用8個位元組。接著為m3分配空間，這時其位移量為12，滿足為4的倍數，m3佔用4個位元組。這時已經為所有成員變數分配了空間，共分配了16個位元組，滿足為n的倍數。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16)，那麼我們可以得到結構的大小為24。（請讀者自己分析）
　　2、 sizeof用法總結
　　在VC中，sizeof有著許多的用法，而且很容易引起一些錯誤。下面根據sizeof後面的參數對sizeof的用法做個總結。
　　A． 參數為資料類型或者為一般變數。例如sizeof(int),sizeof(long)等等。這種情況要注意的是不同系統系統或者不同編譯器得到的結果可能是不同的。例如int類型在16位系統中佔2個位元組，在32位系統中佔4個位元組。
　　B． 參數為數組或指標。下面舉例說明.
int a[50]; //sizeof(a)=4*50=200; 求數組所佔的空間大小
int *a=new int[50];// sizeof(a)=4; a為一個指標，sizeof(a)是求指標
//的大小,在32位系統中，當然是佔4個位元組。
　　C． 參數為結構或類。Sizeof應用在類和結構的處理情況是相同的。但有兩點需要注意，第一、結構或者類中的靜態成員不對結構或者類的大小產生影響，因為靜態變數的儲存位置與結構或者類的執行個體地址無關。
　　第二、沒有成員變數的結構或類的大小為1，因為必須保證結構或類的每一個執行個體在記憶體中都有唯一的地址。
　　下面舉例說明：
Class Test{int a;static double c};//sizeof(Test)=4.
Test *s;//sizeof(s)=4,s為一個指標。
Class test1{ };//sizeof(test1)=1;
　　D． 參數為其他。下面舉例說明。
int func(char s[5]);
{
cout<
//數的參數在傳遞的時候系統處理為一個指標，所
//以sizeof(s)實際上為求指標的大小。
return 1;
}
sizeof(func(“1234”))=4//因為func的傳回型別為int，所以相當於
//求sizeof(int).
　　以上為sizeof的基本用法，在實際的使用中要注意分析VC的分配變數的分配策略，這樣的話可以避免一些錯誤。

六、建議
　　由於運算元的位元組數在實現時可能出現變化，建議在涉及到運算元位元組大小時用sizeof來代替常量計算。
　　本文主要包括二個部分，第一部分重點介紹在VC中，怎麼樣採用sizeof來求結構的大小，以及容易出現的問題，並給出解決問題的方法，第二部分總結出VC中sizeof的主要用法。
1、 sizeof應用在結構上的情況
　　請看下面的結構：
struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
};
　　對結構MyStruct採用sizeof會出現什麼結果呢？sizeof(MyStruct)為多少呢？也許你會這樣求：
sizeof(MyStruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13
　　但是當在VC中測試上面結構的大小時，你會發現sizeof(MyStruct)為16。你知道為什麼在VC中會得出這樣一個結果嗎？
　　其實，這是VC對變數儲存的一個特殊處理。為了提高CPU的儲存速度，VC對一些變數的起始地址做了“對齊”處理。在預設情況下，VC規定各成員變數存放的起始地址相對於結構的起始地址的位移量必須為該變數的類型所佔用的位元組數的倍數。下面列出常用類型的對齊(vc6.0,32位系統)。
　　類型
　　對齊（變數存放的起始地址相對於結構的起始地址的位移量）
　　Char
　　位移量必須為sizeof(char)即1的倍數
　　int
　　位移量必須為sizeof(int)即4的倍數
　　float
　　位移量必須為sizeof(float)即4的倍數
　　double
　　位移量必須為sizeof(double)即8的倍數
　　Short
　　位移量必須為sizeof(short)即2的倍數
　　各成員變數在存放的時候根據在結構中出現的順序依次申請空間，同時按照上面的對齊調整位置，空缺的位元組VC會自動填滿。同時VC為了確保結構的大小為結構的位元組邊界數（即該結構中佔用最大空間的類型所佔用的位元組數）的倍數，所以在為最後一個成員變數申請空間後，還會根據需要自動填滿空缺的位元組。
　　下面用前面的例子來說明VC到底怎麼樣來存放結構的。
struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
}；
　　為上面的結構分配空間的時候，VC根據成員變數出現的順序和對齊，先為第一個成員dda1分配空間，其起始地址跟結構的起始地址相同（剛好位移量0剛好為sizeof(double)的倍數），該成員變數佔用sizeof(double)=8個位元組；接下來為第二個成員dda分配空間，這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的位移量為8，是sizeof(char)的倍數，所以把dda存放在位移量為8的地方滿足對齊，該成員變數佔用sizeof(char)=1個位元組；接下來為第三個成員type分配空間，這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的位移量為9，不是sizeof(int)=4的倍數，為了滿足對齊對位移量的約束問題，VC自動填滿3個位元組（這三個位元組沒有放什麼東西），這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的位移量為12，剛好是sizeof(int)=4的倍數，所以把type存放在位移量為12的地方，該成員變數佔用sizeof(int)=4個位元組；這時整個結構的成員變數已經都分配了空間，總的佔用的空間大小為：8+1+3+4=16，剛好為結構的位元組邊界數（即結構中佔用最大空間的類型所佔用的位元組數sizeof(double)=8）的倍數，所以沒有空缺的位元組需要填充。所以整個結構的大小為：sizeof(MyStruct)=8+1+3+4=16，其中有3個位元組