sizeof詳解 – 很好的sizeof資料 B

1、什麼是sizeof

    首先看一下sizeof在msdn上的定義：

    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這個字眼，是不是想到了函數？錯了，sizeof不是一個函數，你見過給一個函數傳參數，而不加括弧的嗎？sizeof可以，所以sizeof不是函數。網上有人說sizeof是一元操作符，但是我並不這麼認為，因為sizeof更像一個特殊的宏，它是在編譯階段求值的。舉個例子：

cout<<sizeof(int)<<endl; // 32位機上int長度為4
cout<<sizeof(1==2)<<endl; // == 操作符返回bool類型，相當於 cout<<sizeof(bool)<<endl;

    在編譯階段已經被翻譯為：

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

    這裡有個陷阱，看下面的程式：

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

    輸出為什麼是4，0而不是期望中的4，3？？？就在於sizeof在編譯階段處理的特性。由於sizeof不能被編譯成機器碼，所以sizeof作用範圍內，也就是()裡面的內容也不能被編譯，而是被替換成類型。=操作符返回左運算元的類型，所以a=3相當於int，而代碼也被替換為：

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

    所以，sizeof是不可能支援鏈式運算式的，這也是和一元操作符不一樣的地方。

    結論：不要把sizeof當成函數，也不要看作一元操作符，把他當成一個特殊的編譯預先處理。

2、sizeof的用法

    sizeof有兩種用法：
  
    （1）sizeof(object)
    也就是對對象使用sizeof，也可以寫成sizeof object 的形式

    （2）sizeof(typename)
    也就是對類型使用sizeof，注意這種情況下寫成sizeof typename是非法的。下面舉幾個例子說明一下：

int i = 2;
cout<<sizeof(i)<<endl; // sizeof(object)的用法，合理
cout<<sizeof i<<endl; // sizeof object的用法，合理
cout<<sizeof 2<<endl; // 2被解析成int類型的object, sizeof object的用法，合理
cout<<sizeof(2)<<endl; // 2被解析成int類型的object, sizeof(object)的用法，合理
cout<<sizeof(int)<<endl;// sizeof(typename)的用法，合理
cout<<sizeof int<<endl; // 錯誤！對於操作符，一定要加()

    可以看出，加()是永遠正確的選擇。

   結論：不論sizeof要對誰取值，最好都加上()。

3、資料類型的sizeof

（1）C++固有資料類型

    32位C++中的基礎資料型別 (Elementary Data Type)，也就char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double
大小分別是：1，2，4，4，4，8, 10。

    考慮下面的代碼：

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

    unsigned影響的只是最高位bit的意義，資料長度不會被改變的。

    結論：unsigned不能影響sizeof的取值。

（2）自訂資料類型

    typedef可以用來定義C++自訂類型。考慮下面的問題：

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

    結論：自訂類型的sizeof取值等同於它的類型原形。

（3）函數類型

    考慮下面的問題：

int f1(){return 0;};
double f2(){return 0.0;}
void f3(){}

cout<<sizeof(f1())<<endl; // f1()傳回值為int，因此被認為是int
cout<<sizeof(f2())<<endl; // f2()傳回值為double，因此被認為是double
cout<<sizeof(f3())<<endl; // 錯誤！無法對void類型使用sizeof
cout<<sizeof(f1)<<endl;  // 錯誤！無法對函數指標使用sizeof   
cout<<sizeof*f2<<endl;  // *f2，和f2()等價，因為可以看作object，所以括弧不是必要的。被認為是double

    結論：對函數使用sizeof，在編譯階段會被函數傳回值的類型取代。

4、指標問題

    考慮下面問題：

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

    可以看到，不管是什麼類型的指標，大小都是4的，因為指標就是32位的物理地址。

    結論：只要是指標，大小就是4。（64位機上要變成8也不一定）。

    順便唧唧歪歪幾句，C++中的指標表示實際記憶體的地址。和C不一樣的是，C++中取消了模式之分，也就是不再有small,middle,big,取而代之的是統一的flat。flat模式採用32位真實位址定址，而不再是c中的 segment:offset模式。舉個例子，假如有一個指向地址 f000:8888的指標，如果是C類型則是8888(16位, 只儲存位移，省略段)，far類型的C指標是f0008888(32位，高位保留段地址，地位保留位移),C++類型的指標是f8888(32位，相當於段地址*16 + 位移，但定址範圍要更大)。

5、數組問題

    考慮下面問題：

char a[] = "abcdef";
int b[20] = {3, 4};
char c[2][3] = {"aa", "bb"};

cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
cout<<sizeof(b)<<endl; // 20 ？？？ 80
cout<<sizeof(c)<<endl; // 6

    數組a的大小在定義時未指定，編譯時間給它分配的空間是按照初始化的值確定的，也就是7。c是多維陣列，佔用的空間大小是各維數的乘積，也就是6。可以看出，數組的大小就是他在編譯時間被分配的空間，也就是各維數的乘積*數組元素的大小。

    結論：數組的大小是各維數的乘積*數組元素的大小。

    這裡有一個陷阱：

int *d = new int[10];

cout<<sizeof(d)<<endl; // 4

    d是我們常說的動態數組，但是他實質上還是一個指標，所以sizeof(d)的值是4。

    再考慮下面的問題：

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是一個很奇怪的定義，他表示一個指向 double*[3][6]類型數組的指標。既然是指標，所以sizeof(a)就是4。

    既然a是執行double*[3][6]類型的指標，*a就表示一個double*[3][6]的多維陣列類型，因此sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72。同樣的，**a表示一個double*[6]類型的數組，所以sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24。***a就表示其中的一個元素，也就是double*了，所以sizeof(***a)=4。至於****a，就是一個double了，所以sizeof(****a)=sizeof(double)=8。

6、向函數傳遞數組的問題

考慮下面的問題：
#include <iostream>
using namespace std;

int Sum(int i[])
{
int sumofi = 0;
for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) //實際上，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得到數組的大小，然後求和。但是實際上，傳入自函數Sum的，只是一個int 類型的指標，所以sizeof(i)=4，而不是24，所以會產生錯誤的結果。解決這個問題的方法使是用指標或者引用。

    使用指標的情況：
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;
}
    在這個Sum裡，i是一個指向i[6]類型的指標，注意，這裡不能用int Sum(int (*i)[])聲明函數，而是必須指明要傳入的數組的大小，不然sizeof(*i)無法計算。但是在這種情況下，再通過sizeof來計算數組大小已經沒有意義了，因為此時大小是指定為6的。
使用引用的情況和指標相似：

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;
}
    這種情況下sizeof的計算同樣無意義，所以用數組做參數，而且需要遍曆的時候，函數應該有一個參數來說明數組的大小，而數組的大小在數組定義的範圍內通過sizeof求值。因此上面的函數正確形式應該是：
#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、字串的sizeof和strlen

    考慮下面的問題：

char a[] = "abcdef";
char b[20] = "abcdef";
string s = "abcdef";

cout<<strlen(a)<<endl;  // 6，字串長度
cout<<sizeof(a)<<endl;  // 7，字串容量
cout<<strlen(b)<<endl;  // 6，字串長度
cout<<strlen(b)<<endl;  // 20，字串容量
cout<<sizeof(s)<<endl;  // 12, 這裡不代表字串的長度，而是string類的大小
cout<<strlen(s)<<endl;  // 錯誤！s不是一個字元指標。

a[1] = '';
cout<<strlen(a)<<endl;  // 1
cout<<sizeof(a)<<endl;  // 7，sizeof是恒定的

   strlen是尋找從指定地址開始，到出現的第一個0之間的字元個數，他是在運行階段執行的，而sizeof是得到資料的大小，在這裡是得到字串的容量。所以對同一個對象而言，sizeof的值是恒定的。string是C++類型的字串，他是一個類，所以sizeof(s)表示的並不是字串的長度，而是類string的大小。strlen(s)根本就是錯誤的，因為strlen的參數是一個字元指標，如果想用strlen得到s字串的長度，應該使用sizeof(s.c_str())，因為string的成員函數c_str()返回的是字串的首地址。實際上，string類提供了自己的成員函數來得到字串的容量和長度，分別是Capacity()和Length()。string封裝了常用了字串操作，所以在C++開發過程中，最好使用string代替C類型的字串。

8、從union的sizeof問題看cpu的對界

    考慮下面問題：（預設對齊）

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的大小取決於它所有的成員中，佔用空間最大的一個成員的大小。所以對於u來說，大小就是最大的double類型成員a了，所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是對於u2和u3，最大的空間都是char[13]類型的數組，為什麼u3的大小是13，而u2是16呢？關鍵在於u2中的成員int b。由於int類型成員的存在，使u2的對齊變成4，也就是說，u2的大小必須在4的對界上，所以佔用的空間變成了16（最接近13的對界）。

    結論：複合資料型別，如union，struct，class的對齊為成員中對齊最大的成員的對齊。

    順便提一下CPU對界問題，32的C++採用8位對界來提高運行速度，所以編譯器會盡量把資料放在它的對界上以提高記憶體命中率。對界是可以更改的，使用#pragma pack(x)宏可以改變編譯器的對界方式，預設是8。C++固有類型的對界取編譯器對界方式與自身大小中較小的一個。例如，指定編譯器按2對界，int類型的大小是4，則int的對界為2和4中較小的2。在預設的對界方式下，因為幾乎所有的資料類型都不大於預設的對界方式8（除了long double），所以所有的固有類型的對界方式可以認為就是類型自身的大小。更改一下上面的程式：

#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

    由於手動更改對界方式為2，所以int的對界也變成了2，u2的對界取成員中最大的對界，也是2了，所以此時sizeof(u2)=14。

    結論：C++固有類型的對界取編譯器對界方式與自身大小中較小的一個。

9、struct的sizeof問題因為對齊問題使結構體的sizeof變得比較複雜， 看下面的例子：(預設對齊下)struct s1{ char a; double b; int c; char d; };struct s2{ char a; char b; int c; double d;};cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24cout<<sizeof(s2)<<endl; // 16 同樣是兩個char類型，一個int類型，一個double類型，但是 因為對界問題，導致他們的大小不同。計算結構體大小可以採用 元素擺放法，我舉例子說明一下：首先，CPU判斷結構體的對界， 根據上一節的結論，s1和s2的對界都取最大的元素類型，也就是 double類型的對界8。然後開始擺放每個元素。 對於s1，首先把a放到8的對界，假定是0，此時下一個閒置地址 是1，但是下一個元素d是double類型，要放到8的對界上，離1 最接近的地址是8了，所以d被放在了8，此時下一個空閑地址變成 了16，下一個元素c的對界是4，16可以滿足，所以c放在了16， 此時下一個空閑地址變成了20，下一個元素d需要對界1，也正好 落在對界上，所以d放在了20，結構體在地址21處結束。由於s1 的大小需要是8的倍數，所以21-23的空間被保留，s1的大小變成 了24。 對於s2，首先把a放到8的對界，假定是0，此時下一個空閑地址 是1，下一個元素的對界也是1，所以b擺放在1，下一個空閑地址 變成了2；下一個元素c的對界是4，所以取離2最近的地址4擺放c， 下一個空閑地址變成了8，下一個元素d的對界是8，所以d擺放在8， 所有元素擺放完畢，結構體在15處結束，佔用總空間為16，正好 是8的倍數。 這裡有個陷阱，對於結構體中的結構體成員，不要認為它的 對齊就是他的大小，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; // 8cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8cout<<sizeof(s3)<<endl; // 9cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16; s1和s2大小雖然都是8，但是s1的對齊是1，s2是8（double）， 所以在s3和s4中才有這樣的差異。所以，在自己定義結構體的時候，如果空間緊張的話，最好考慮 對齊因素來排列結構體裡的元素。10、不要讓double幹擾你的位域在結構體和類中，可以使用位域來規定某個成員所能佔用的空間， 所以使用位域能在一定程度上節省結構體佔用的空間。 不過考慮下面的代碼：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; // 24cout<<sizeof(s2)<<endl; // 24cout<<sizeof(s3)<<endl; // 24cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16可以看到，有double存在會幹涉到位域（sizeof的演算法參考上 一節），所以使用位域的的時候，最好把float類型和double 類型放在程式的開始或者最後。 ------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------ sizeof在求結構大小時的使用及sizeof主要用法Tag: program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< //數組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。