唯C主義

在所有說明之前，給大家出一道題目：

int a=256;

printf("%d\n", sizeof(++a));

printf("%d\n", a);

那么到底打印的是多少呢？

應(yīng)該是4和256，我想第一個(gè)答案大家應(yīng)該已經(jīng)沒有問題了，但是為什么在++a以后，a的數(shù)值還是沒有發(fā)生變化呢？因?yàn)閟izeof（）是一個(gè)運(yùn)算符，在其中的所有的運(yùn)算都是無效的，所以++a根本就沒有運(yùn)行。

上面的一個(gè)例子提醒我們，雖然sizeof看這簡單，但是其中還是有很多的問題值得討論的，呵呵。

一、sizeof的概念　
　　sizeof是C語言的一種單目操作符，如C語言的其他操作符++、--等。它并不是函數(shù)。sizeof操作符以字節(jié)形式給出了其操作數(shù)的存儲(chǔ)大小。操作數(shù)可以是一個(gè)表達(dá)式或括在括號(hào)內(nèi)的類型名。操作數(shù)的存儲(chǔ)大小由操作數(shù)的類型決定。　

二、sizeof的使用方法　
　　1、用于數(shù)據(jù)類型　

　　sizeof使用形式：sizeof（type）　

　　數(shù)據(jù)類型必須用括號(hào)括住。如sizeof（int）。　

　　2、用于變量　

　　sizeof使用形式：sizeof（var_name）或sizeof　var_name　

　　變量名可以不用括號(hào)括住。如sizeof　(var_name)，sizeof　var_name等都是正確形式。帶括號(hào)的用法更普遍，大多數(shù)程序員采用這種形式。　

　　注意：sizeof操作符不能用于函數(shù)類型，不完全類型或位字段。不完全類型指具有未知存儲(chǔ)大小的數(shù)據(jù)類型，如未知存儲(chǔ)大小的數(shù)組類型、未知內(nèi)容的結(jié)構(gòu)或聯(lián)合類型、void類型等。　

　　如sizeof(max)若此時(shí)變量max定義為int　max(),sizeof(char_v)　若此時(shí)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(jié)果　
　　sizeof操作符的結(jié)果類型是size_t，它在頭文件

中typedef為unsigned　int類型。該類型保證能容納實(shí)現(xiàn)所建立的最大對象的字節(jié)大小。　

　　1、若操作數(shù)具有類型char、unsigned　char或signed　char，其結(jié)果等于1。　

　　ANSI　C正式規(guī)定字符類型為1字節(jié)。　

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(guī)定，大小依賴于實(shí)現(xiàn)，一般可能分別為2、2、2、 2、 4、4、4、8、10。　

　　3、當(dāng)操作數(shù)是指針時(shí)，sizeof依賴于編譯器。例如Microsoft　C/C++7.0中，near類指針字節(jié)數(shù)為2，far、huge類指針字節(jié)數(shù)為4。一般Unix的指針字節(jié)數(shù)為4。　

　　4、當(dāng)操作數(shù)具有數(shù)組類型時(shí)，其結(jié)果是數(shù)組的總字節(jié)數(shù)。　

　　5、聯(lián)合類型操作數(shù)的sizeof是其最大字節(jié)成員的字節(jié)數(shù)。結(jié)構(gòu)類型操作數(shù)的sizeof是這種類型對象的總字節(jié)數(shù)，包括任何墊補(bǔ)在內(nèi)。　

　　讓我們看如下結(jié)構(gòu)：　

　　struct　{char　b;　double　x;}　a;　

　　在某些機(jī)器上sizeof（a）=12，而一般sizeof（char）+　sizeof（double）=9。　

　　這是因?yàn)榫幾g器在考慮對齊問題時(shí)，在結(jié)構(gòu)中插入空位以控制各成員對象的地址對齊。如double類型的結(jié)構(gòu)成員x要放在被4整除的地址。　

　　6、如果操作數(shù)是函數(shù)中的數(shù)組形參或函數(shù)類型的形參，sizeof給出其指針的大小。　

四、sizeof與其他操作符的關(guān)系　
　　sizeof的優(yōu)先級(jí)為2級(jí)，比/、%等3級(jí)運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)高。它可以與其他操作符一起組成表達(dá)式。如i*sizeof（int）；其中i為int類型變量。　

五、sizeof的主要用途　
　　1、sizeof操作符的一個(gè)主要用途是與存儲(chǔ)分配和I/O系統(tǒng)那樣的例程進(jìn)行通信。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(gè)的主要用途是計(jì)算數(shù)組中元素的個(gè)數(shù)。例如：　

　　void　*　memset（void　*　s,int　c,sizeof(s)）。　

六、建議　
　　由于操作數(shù)的字節(jié)數(shù)在實(shí)現(xiàn)時(shí)可能出現(xiàn)變化，建議在涉及到操作數(shù)字節(jié)大小時(shí)用sizeof來代替常量計(jì)算。


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本文主要包括二個(gè)部分，第一部分重點(diǎn)介紹在VC中，怎么樣采用sizeof來求結(jié)構(gòu)的大小，以及容易出現(xiàn)的問題，并給出解決問題的方法，第二部分總結(jié)出VC中sizeof的主要用法。

1、 sizeof應(yīng)用在結(jié)構(gòu)上的情況

請看下面的結(jié)構(gòu)：

struct MyStruct

{

double dda1;

char dda;

int type

};

對結(jié)構(gòu)MyStruct采用sizeof會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？sizeof(MyStruct)為多少呢？也許你會(huì)這樣求：

sizeof(MyStruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13

但是當(dāng)在VC中測試上面結(jié)構(gòu)的大小時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)sizeof(MyStruct)為16。你知道為什么在VC中會(huì)得出這樣一個(gè)結(jié)果嗎？

其實(shí)，這是VC對變量存儲(chǔ)的一個(gè)特殊處理。為了提高CPU的存儲(chǔ)速度，VC對一些變量的起始地址做了"對齊"處理。在默認(rèn)情況下，VC規(guī)定各成員變量存放的起始地址相對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量必須為該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)的倍數(shù)。下面列出常用類型的對齊方式(vc6.0,32位系統(tǒng))。

類型
對齊方式（變量存放的起始地址相對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量）

Char
偏移量必須為sizeof(char)即1的倍數(shù)

int
偏移量必須為sizeof(int)即4的倍數(shù)

float
偏移量必須為sizeof(float)即4的倍數(shù)

double
偏移量必須為sizeof(double)即8的倍數(shù)

Short
偏移量必須為sizeof(short)即2的倍數(shù)


各成員變量在存放的時(shí)候根據(jù)在結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的順序依次申請空間，同時(shí)按照上面的對齊方式調(diào)整位置，空缺的字節(jié)VC會(huì)自動(dòng)填充。同時(shí)VC為了確保結(jié)構(gòu)的大小為結(jié)構(gòu)的字節(jié)邊界數(shù)（即該結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)）的倍數(shù)，所以在為最后一個(gè)成員變量申請空間后，還會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)填充空缺的字節(jié)。

下面用前面的例子來說明VC到底怎么樣來存放結(jié)構(gòu)的。

struct MyStruct

{

double dda1;

char dda;

int type

}；

為上面的結(jié)構(gòu)分配空間的時(shí)候，VC根據(jù)成員變量出現(xiàn)的順序和對齊方式，先為第一個(gè)成員dda1分配空間，其起始地址跟結(jié)構(gòu)的起始地址相同（剛好偏移量0剛好為sizeof(double)的倍數(shù)），該成員變量占用sizeof(double)=8個(gè)字節(jié)；接下來為第二個(gè)成員dda分配空間，這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為8，是sizeof(char)的倍數(shù)，所以把dda存放在偏移量為8的地方滿足對齊方式，該成員變量占用  sizeof(char)=1個(gè)字節(jié)；接下來為第三個(gè)成員type分配空間，這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為9，不是 sizeof (int)=4的倍數(shù)，為了滿足對齊方式對偏移量的約束問題，VC自動(dòng)填充3個(gè)字節(jié)（這三個(gè)字節(jié)沒有放什么東西），這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為12，剛好是sizeof(int)=4的倍數(shù)，所以把type存放在偏移量為12的地方，該成員變量占用sizeof (int)=4個(gè)字節(jié)；這時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)的成員變量已經(jīng)都分配了空間，總的占用的空間大小為：8+1+3+4=16，剛好為結(jié)構(gòu)的字節(jié)邊界數(shù)（即結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)sizeof(double)=8）的倍數(shù)，所以沒有空缺的字節(jié)需要填充。所以整個(gè)結(jié)構(gòu)的大小為：sizeof (MyStruct)=8+1+ 3+4=16，其中有3個(gè)字節(jié)是VC自動(dòng)填充的，沒有放任何有意義的東西。

下面再舉個(gè)例子，交換一下上面的MyStruct的成員變量的位置，使它變成下面的情況：

struct MyStruct

{

char dda;

double dda1;   

int type

}；

這個(gè)結(jié)構(gòu)占用的空間為多大呢？在VC6.0環(huán)境下，可以得到sizeof(MyStruc)為24。結(jié)合上面提到的分配空間的一些原則，分析下VC怎么樣為上面的結(jié)構(gòu)分配空間的。（簡單說明）

struct MyStruct

{

  char dda;//偏移量為0，滿足對齊方式，dda占用1個(gè)字節(jié)；

double dda1;//下一個(gè)可用的地址的偏移量為1，不是sizeof(double)=8

             //的倍數(shù)，需要補(bǔ)足7個(gè)字節(jié)才能使偏移量變?yōu)?（滿足對齊

             //方式），因此VC自動(dòng)填充7個(gè)字節(jié)，dda1存放在偏移量為8

             //的地址上，它占用8個(gè)字節(jié)。

int type；//下一個(gè)可用的地址的偏移量為16，是sizeof(int)=4的倍

           //數(shù)，滿足int的對齊方式，所以不需要VC自動(dòng)填充，type存

           //放在偏移量為16的地址上，它占用4個(gè)字節(jié)。

}；//所有成員變量都分配了空間，空間總的大小為1+7+8+4=20，不是結(jié)構(gòu)

   //的節(jié)邊界數(shù)（即結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)sizeof

   //(double)=8）的倍數(shù)，所以需要填充4個(gè)字節(jié)，以滿足結(jié)構(gòu)的大小為

   //sizeof(double)=8的倍數(shù)。


所以該結(jié)構(gòu)總的大小為：sizeof(MyStruc)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個(gè)字節(jié)是VC自動(dòng)填充的，沒有放任何有意義的東西。


VC對結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)的特殊處理確實(shí)提高CPU存儲(chǔ)變量的速度，但是有時(shí)候也帶來了一些麻煩，我們也屏蔽掉變量默認(rèn)的對齊方式，自己可以設(shè)定變量的對齊方式。

#pragma pack(n)
VC  中提供了#pragma pack(n)來設(shè)定變量以n字節(jié)對齊方式。n字節(jié)對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況：第一、如果n大于等于該變量所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量必須滿足默認(rèn)的對齊方式，第二、如果n小于該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量為n的倍數(shù)，不用滿足默認(rèn)的對齊方式。結(jié)構(gòu)的總大小也有個(gè)約束條件，分下面兩種情況：如果n大于所有成員變量類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么結(jié)構(gòu)的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù)；   

否則必須為n的倍數(shù)。下面舉例說明其用法。

#pragma pack(push) //保存對齊狀態(tài)

#pragma pack(4)//設(shè)定為4字節(jié)對齊

struct test

{

  char m1;

  double m4;

  int  m3;

};

#pragma pack(pop)//恢復(fù)對齊狀態(tài)

以上結(jié)構(gòu)的大小為16，下面分析其存儲(chǔ)情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿足我們自己設(shè)定的對齊方式（4字節(jié)對齊），m1占用1個(gè)字節(jié)。接著開始為  m4分配空間，這時(shí)其偏移量為1，需要補(bǔ)足3個(gè)字節(jié)，這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(shù)（因?yàn)閟izeof(double)大于n）,m4占用8個(gè)字節(jié)。接著為m3分配空間，這時(shí)其偏移量為12，滿足為4的倍數(shù)，m3占用4個(gè)字節(jié)。這時(shí)已經(jīng)為所有成員變量分配了空間，共分配了16個(gè)字節(jié)，滿足為n的倍數(shù)。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16)，那么我們可以得到結(jié)構(gòu)的大小為24。（請讀者自己分析）

2、 sizeof用法總結(jié)

在VC中，sizeof有著許多的用法，而且很容易引起一些錯(cuò)誤。下面根據(jù)sizeof后面的參數(shù)對sizeof的用法做個(gè)總結(jié)。

A．  參數(shù)為數(shù)據(jù)類型或者為一般變量。例如sizeof(int),sizeof(long)等等。這種情況要注意的是不同系統(tǒng)系統(tǒng)或者不同編譯器得到的結(jié)果可能是不同的。例如int類型在16位系統(tǒng)中占2個(gè)字節(jié)，在32位系統(tǒng)中占4個(gè)字節(jié)。

B．  參數(shù)為數(shù)組或指針。下面舉例說明.

int a[50];  //sizeof(a)=4*50=200; 求數(shù)組所占的空間大小

int *a=new int[50];// sizeof(a)=4; a為一個(gè)指針，sizeof(a)是求指針

                   //的大小,在32位系統(tǒng)中，當(dāng)然是占4個(gè)字節(jié)。

C．  參數(shù)為結(jié)構(gòu)或類。Sizeof應(yīng)用在類和結(jié)構(gòu)的處理情況是相同的。但有兩點(diǎn)需要注意，第一、結(jié)構(gòu)或者類中的靜態(tài)成員不對結(jié)構(gòu)或者類的大小產(chǎn)生影響，因?yàn)殪o態(tài)變量的存儲(chǔ)位置與結(jié)構(gòu)或者類的實(shí)例地址無關(guān)。

第二、沒有成員變量的結(jié)構(gòu)或類的大小為1，因?yàn)楸仨毐ＷC結(jié)構(gòu)或類的每一

個(gè)實(shí)例在內(nèi)存中都有唯一的地址。

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(gè)指針。

Class test1{ };//sizeof(test1)=1;

D．  參數(shù)為其他。下面舉例說明。

   int func(char s[5]);

   {

     cout<<sizeof(s);//這里將輸出4，本來s為一個(gè)數(shù)組，但由于做為函

                     //數(shù)的參數(shù)在傳遞的時(shí)候系統(tǒng)處理為一個(gè)指針，所

                     //以sizeof(s)實(shí)際上為求指針的大小。

     return 1;

}

sizeof(func("1234"))=4//因?yàn)閒unc的返回類型為int，所以相當(dāng)于

                     //求sizeof(int).


以上為sizeof的基本用法，在實(shí)際的使用中要注意分析VC的分配變量的分配策略，這樣的話可以避免一些錯(cuò)誤。