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            road420

            導(dǎo)航

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            統(tǒng)計(jì)

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            關(guān)于sizeof()

            這篇文章轉(zhuǎn)載于 馬嘉楠 ,個(gè)人認(rèn)為那位作者寫(xiě)得有可取之處。

            1. 定義:
            ??? sizeof是何方神圣?

            ??? sizeof 乃 C/C++ 中的一個(gè)操作符(operator)是也。簡(jiǎn)單說(shuō)其作用就是返回一個(gè)對(duì)象或者類(lèi)型所占的內(nèi)存字節(jié)數(shù)。

            MSDN上的解釋為:

            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.

            ??? 其返回值類(lèi)型為size_t,在頭文件stddef.h中定義。這是一個(gè)依賴(lài)于編譯系統(tǒng)的值,一般定義為

            typedef unsigned int size_t;

            ??? 世上編譯器林林總總,但作為一個(gè)規(guī)范,它們都會(huì)保證char、signed char和unsigned char的sizeof值為1,畢竟char是我們編程能用的最小數(shù)據(jù)類(lèi)型。

            2. 語(yǔ)法:
            ??? sizeof有三種語(yǔ)法形式,如下:
            ??? 1) sizeof( object );??? // sizeof( 對(duì)象 );
            ??? 2) sizeof( type_name ); // sizeof( 類(lèi)型 );
            ??? 3) sizeof object;?????? // sizeof 對(duì)象;

            所以,
            int i;
            sizeof( i );???? // ok
            sizeof i;?? ???? // ok
            sizeof( int );?? // ok
            sizeof int;????? // error

            既然寫(xiě)法2可以用寫(xiě)法1代替,為求形式統(tǒng)一以及減少我們大腦的負(fù)擔(dān),第2種寫(xiě)法,忘掉它吧!

            實(shí)際上,sizeof計(jì)算對(duì)象的大小也是轉(zhuǎn)換成對(duì)對(duì)象類(lèi)型的計(jì)算。也就是說(shuō),同種類(lèi)型的不同對(duì)象其sizeof值都是一致的。

            這里,對(duì)象可以進(jìn)一步延伸至表達(dá)式,即sizeof可以對(duì)一個(gè)表達(dá)式求值。編譯器根據(jù)表達(dá)式的最終結(jié)果類(lèi)型來(lái)確定大小,一般不會(huì)對(duì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。

            例如:

            sizeof( 2 );????????// 2的類(lèi)型為int,所以等價(jià)于 sizeof( int );
            sizeof( 2 + 3.14 );?// 3.14的類(lèi)型為double,2也會(huì)被提升成double類(lèi)型,所以等價(jià)于 sizeof( double );

            ??? sizeof也可以對(duì)一個(gè)函數(shù)調(diào)用求值,其結(jié)果是函數(shù)返回類(lèi)型的大小,函數(shù)并不會(huì)被調(diào)用。我們來(lái)看一個(gè)完整的例子:

            *********************************************************

            char foo()
            {
            ????printf("foo() has been called.\n");
            ????return 'a';
            }
            int main()
            {
            ????size_t sz = sizeof( foo() );?? // foo() 的返回值類(lèi)型為char,所以sz = sizeof(char),但函數(shù)foo()并不會(huì)被調(diào)用
            ????printf("sizeof( foo() ) = %d\n", sz);
            }

            *********************************************************

            C99標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,函數(shù)、不能確定類(lèi)型的表達(dá)式以及位域(bit-field)成員不能被計(jì)算sizeof值,即下面這些寫(xiě)法都是錯(cuò)誤的:

            ??? sizeof( foo );???? // error
            ??? void foo2() { }
            ??? sizeof( foo2() );? // error
            ??? struct S
            ??? {
            ????????unsigned int f1 : 1;
            ????????unsigned int f2 : 5;
            ????????unsigned int f3 : 12;
            ??? };
            ????sizeof( S.f1 );?? // error


            3. sizeof的常量性


            ??? sizeof的計(jì)算發(fā)生在編譯時(shí)刻,所以它可以被當(dāng)作常量表達(dá)式使用。如:

            char ary[ sizeof( int ) * 10 ];?? // ok

            最新的C99標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定sizeof也可以在運(yùn)行時(shí)刻進(jìn)行計(jì)算。如下面的程序在Dev-C++中可以正確執(zhí)行:

            int n;
            n = 10;??????? // n動(dòng)態(tài)賦值
            char ary[n];?? // C99也支持?jǐn)?shù)組的動(dòng)態(tài)定義
            printf("%d\n", sizeof(ary)); // ok. 輸出10

            但在沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)C99標(biāo)準(zhǔn)的編譯器中就行不通了,上面的代碼在VC6中就通不過(guò)編譯。所以我們最好還是認(rèn)為sizeof是在編譯期執(zhí)行的,這樣不會(huì)帶來(lái)錯(cuò)誤,讓程序的可移植性強(qiáng)些。


            4. 基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的sizeof

            這里的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型指short、int、long、float、double這樣的簡(jiǎn)單內(nèi)置數(shù)據(jù)類(lèi)型。由于它們都是和系統(tǒng)相關(guān)的,所以在不同的系統(tǒng)下取值可能不同。這務(wù)必引起我們的注意,盡量不要在這方面給自己程序的移植造成麻煩。

            一般的,在32位編譯環(huán)境中,sizeof(int)的取值為4。


            5. 指針變量的sizeof

            學(xué)過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的你應(yīng)該知道指針是一個(gè)很重要的概念,它記錄了另一個(gè)對(duì)象的地址。既然是來(lái)存放地址的,那么它當(dāng)然等于計(jì)算機(jī)內(nèi)部地址總線的寬度。所以在32位計(jì)算機(jī)中,一個(gè)指針變量的返回值必定是4(注意結(jié)果是以字節(jié)為單位)。可以預(yù)計(jì),在將來(lái)的64位系統(tǒng)中指針變量的sizeof結(jié)果為8。

            *********************************************************

            char* pc = "abc";
            int* pi;
            string* ps;
            char** ppc = &pc;
            void (*pf)();?// 函數(shù)指針
            sizeof( pc ); // 結(jié)果為4
            sizeof( pi ); // 結(jié)果為4
            sizeof( ps ); // 結(jié)果為4
            sizeof( ppc );// 結(jié)果為4
            sizeof( pf ); // 結(jié)果為4

            *********************************************************

            指針變量的sizeof值與指針?biāo)傅膶?duì)象沒(méi)有任何關(guān)系,正是由于所有的指針變量所占內(nèi)存大小相等,所以MFC消息處理函數(shù)使用兩個(gè)參數(shù)WPARAM、LPARAM就能傳遞各種復(fù)雜的消息結(jié)構(gòu)(使用指向結(jié)構(gòu)體的指針)。


            6. 數(shù)組的sizeof

            數(shù)組的sizeof值等于數(shù)組所占用的內(nèi)存字節(jié)數(shù),如:

            char a1[] = "abc";
            int a2[3];
            sizeof( a1 ); // 結(jié)果為4,字符 末尾還存在一個(gè)NULL終止符
            sizeof( a2 ); // 結(jié)果為3*4=12(依賴(lài)于int)

            一些朋友剛開(kāi)始時(shí)把sizeof當(dāng)作了求數(shù)組元素的個(gè)數(shù),現(xiàn)在,你應(yīng)該知道這是不對(duì)的。那么應(yīng)該怎么求數(shù)組元素的個(gè)數(shù)呢?

            Easy,通常有下面兩種寫(xiě)法:

            int c1 = sizeof( a1 ) / sizeof( char );??? // 總長(zhǎng)度/單個(gè)元素的長(zhǎng)度
            int c2 = sizeof( a1 ) / sizeof( a1[0]); ?? // 總長(zhǎng)度/第一個(gè)元素的長(zhǎng)度


            寫(xiě)到這里,提一問(wèn),下面的c3,c4值應(yīng)該是多少呢?

            *********************************************************

            void foo3(char a3[3])
            {
            ????int c3 = sizeof( a3 ); // c3 ==
            }
            void foo4(char a4[])
            {
            ????int c4 = sizeof( a4 ); // c4 ==
            }

            *********************************************************

            也許當(dāng)你試圖回答c4的值時(shí)已經(jīng)意識(shí)到c3答錯(cuò)了,是的,c3!=3。

            這里函數(shù)參數(shù)a3已不再是數(shù)組類(lèi)型,而是蛻變成指針。相當(dāng)于char* a3,為什么仔細(xì)想想就不難明白。

            我們調(diào)用函數(shù)foo1時(shí),程序會(huì)在棧上分配一個(gè)大小為3的數(shù)組嗎?不會(huì)!

            數(shù)組是“傳址”的,調(diào)用者只需將實(shí)參的地址傳遞過(guò)去,所以a3自然為指針類(lèi)型(char*),c3的值也就為4。


            7.string的sizeof
            一個(gè)string的大小與它所指向的字符串的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)

            *********************************************************
            string st1("blog.sina.com.cn");
            string st2("majianan");
            string st3;
            string *ps = &st1;
            cout << "st1: " << sizeof(st1) << endl;
            cout << "st2: " << sizeof(st2) << endl;
            cout << "st3: " << sizeof(st3) << endl;
            cout << "ps: " << sizeof(ps) << endl;
            cout << "*ps: " << sizeof(*ps) << endl;
            *********************************************************

            輸出結(jié)果為:
            st1: 28
            st2: 28
            st3: 28
            ps: 4
            *ps: 28
            *********************************************************
            對(duì)于不同的STL,String類(lèi)的結(jié)構(gòu)定義會(huì)有所不同
            所以不同的工具,例如VC++,和.NET,結(jié)果會(huì)有所不同,
            在VC++6.0中(我的機(jī)器)結(jié)果是16
            在.NET2003中結(jié)果是28
            但是對(duì)于同一個(gè)編譯器,那么它的結(jié)果都是一定的


            8.引用的sizeof

            sizeof操作符應(yīng)用在引用類(lèi)型上的時(shí)候,返回的是包含被引用對(duì)象所需的內(nèi)存長(zhǎng)度(即被引用對(duì)象的大小)

            *********************************************************
            cout << "short:\t" << sizeof(short) << endl;
            cout << "short*:\t" << sizeof(short*) << endl;
            cout << "short&:\t" << sizeof(short&) << endl;
            cout << "short[4]:\t" << sizeof(short[4]) << endl;
            cout << "int&:\t" << sizeof(int&) << endl;
            *********************************************************

            輸出結(jié)果為:
            short: 2
            short*: 4
            short&: 2
            short[4]: 8
            int&: 4


            9. 結(jié)構(gòu)體的sizeof

            這是初學(xué)者問(wèn)得最多的一個(gè)問(wèn)題,所以這里有必要多費(fèi)點(diǎn)筆墨。讓我們先看一個(gè)結(jié)構(gòu)體:

            struct S1
            {
            ??? char c;
            ??? int i;
            };

            問(wèn)sizeof(s1)等于多少?

            聰明的你開(kāi)始思考了,char占1個(gè)字節(jié),int占4個(gè)字節(jié),那么加起來(lái)就應(yīng)該是5。

            是這樣嗎?

            你在你機(jī)器上試過(guò)了嗎?

            也許你是對(duì)的,但很可能你是錯(cuò)的!

            VC6中按默認(rèn)設(shè)置得到的結(jié)果為8。

            ??? Why?為什么受傷的總是我?

            請(qǐng)不要沮喪,我們來(lái)好好琢磨一下sizeof的定義 —— sizeof的結(jié)果等于對(duì)象或者類(lèi)型所占的內(nèi)存字節(jié)數(shù)。好吧,那就讓我們來(lái)看看S1的內(nèi)存分配情況:

            S1 s1 = { 'a', 0xFFFFFFFF };

            定義上面的變量后,加上斷點(diǎn),運(yùn)行程序,觀察s1所在的內(nèi)存,你發(fā)現(xiàn)了什么?

            以我的VC6.0為例,s1的地址為0x0012FF78,其數(shù)據(jù)內(nèi)容如下:

            0012FF78: 61 CC CC CC FF FF FF FF

            發(fā)現(xiàn)了什么?怎么中間夾雜了3個(gè)字節(jié)的CC?

            看看MSDN上的說(shuō)明:

            When applied to a structure type or variable, sizeof returns the actual size, which may include padding bytes inserted for alignment.

            原來(lái)如此,這就是傳說(shuō)中的字節(jié)對(duì)齊啊!一個(gè)重要的話題出現(xiàn)了。

            為什么需要字節(jié)對(duì)齊?

            計(jì)算機(jī)組成原理教導(dǎo)我們,這樣有助于加快計(jì)算機(jī)的取數(shù)速度,否則就得多花指令周期了。

            為此,編譯器默認(rèn)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行處理(實(shí)際上其它地方的數(shù)據(jù)變量也是如此),讓寬度為2的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型(short等)都位于能被2整除的地址上,讓寬度為4的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型(int等)都位于能被4整除的地址上。以此類(lèi)推,這樣,兩個(gè)數(shù)中間就可能需要加入填充字節(jié),所以整個(gè)結(jié)構(gòu)體的sizeof值就增長(zhǎng)了。

            讓我們交換一下S1中char與int的位置:

            struct S2
            {
            ????int i;
            ????char c;
            };

            看看sizeof(S2)的結(jié)果為多少?怎么還是8。

            再看看內(nèi)存,原來(lái)成員c后面仍然有3個(gè)填充字節(jié)。

            這又是為什么啊?別著急,下面總結(jié)規(guī)律。

            ??? 字節(jié)對(duì)齊的細(xì)節(jié)和編譯器實(shí)現(xiàn)相關(guān),但一般而言,滿(mǎn)足三個(gè)準(zhǔn)則:
            ??? 1) 結(jié)構(gòu)體變量的首地址能夠被其最寬基本類(lèi)型成員的大小所整除;
            ??? 2) 結(jié)構(gòu)體每個(gè)成員相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量(offset)都是成員大小的整數(shù)倍,如有需要編譯器會(huì)在成員之間加上填充字節(jié)(internal adding);
            ??? 3) 結(jié)構(gòu)體的總大小為結(jié)構(gòu)體最寬基本類(lèi)型成員大小的整數(shù)倍,如有需要編譯器會(huì)在最末一個(gè)成員之后加上填充字節(jié)(trailing padding)。

            ??? 對(duì)于上面的準(zhǔn)則,有幾點(diǎn)需要說(shuō)明:
            1)?前面不是說(shuō)結(jié)構(gòu)體成員的地址是其大小的整數(shù)倍,怎么又說(shuō)到偏移量了呢?

            因?yàn)橛辛说?點(diǎn)存在,所以我們就可以只考慮成員的偏移量,這樣思考起來(lái)簡(jiǎn)單。想想為什么。

            結(jié)構(gòu)體某個(gè)成員相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量可以通過(guò)宏offsetof()來(lái)獲得,這個(gè)宏也在stddef.h中定義,如下:

            #define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)

            例如,想要獲得S2中c的偏移量,方法為

            size_t pos = offsetof(S2, c);// pos等于4


            2) 基本類(lèi)型是指前面提到的像char、short、int、float、double這樣的內(nèi)置數(shù)據(jù)類(lèi)型。這里所說(shuō)的“數(shù)據(jù)寬度”就是指其sizeof的大小。由于結(jié)構(gòu)體的成員可以是復(fù)合類(lèi)型,比如另外一個(gè)結(jié)構(gòu)體,所以在尋找最寬基本類(lèi)型成員時(shí),應(yīng)當(dāng)包括復(fù)合類(lèi)型成員的子成員,而不是把復(fù)合成員看成是一個(gè)整體。但在確定復(fù)合類(lèi)型成員的偏移位置時(shí)則是將復(fù)合類(lèi)型作為整體看待。

            這里敘述起來(lái)有點(diǎn)拗口,思考起來(lái)也有點(diǎn)撓頭,還是讓我們看看例子吧(具體數(shù)值仍以VC6為例,以后不再說(shuō)明):

            struct S3
            {
            ????char c1;
            ????S1 s;
            ????char c2;
            };

            S1的最寬簡(jiǎn)單成員的類(lèi)型為int,S3在考慮最寬簡(jiǎn)單類(lèi)型成員時(shí)是將S1“打散”看的,所以S3的最寬簡(jiǎn)單類(lèi)型為int。這樣,通過(guò)S3定義的變量,其存儲(chǔ)空間首地址需要被4整除,整個(gè)sizeof(S3)的值也應(yīng)該被4整除。

            c1的偏移量為0,s的偏移量呢?這時(shí)s是一個(gè)整體,它作為結(jié)構(gòu)體變量也滿(mǎn)足前面三個(gè)準(zhǔn)則,所以其大小為8,偏移量為4,c1與s之間便需要3個(gè)填充字節(jié),而c2與s之間就不需要了,所以c2的偏移量為12,算上c2的大小為13,13是不能被4整除的,這樣末尾還得補(bǔ)上3個(gè)填充字節(jié)。最后得到sizeof(S3)的值為16。


            ??? 通過(guò)上面的敘述,我們可以得到一個(gè)公式:
            ??? 結(jié)構(gòu)體的大小等于最后一個(gè)成員的偏移量加上其大小再加上末尾的填充字節(jié)數(shù)目,即:

            sizeof( struct ) = offsetof( last item ) + sizeof( last item ) + sizeof( trailing padding )

            ?

            10.類(lèi)的sizeof
            ?
            類(lèi)的sizeof值等于類(lèi)中成員變量所占用的內(nèi)存字節(jié)數(shù)。如:
            ****************************************************************
            ?
            class A
            {
            ?public:
            ???? int b;
            ???? float c;
            ???? char d;
            };

            int main(void)
            {
            ? A object;
            ? cout << "sizeof(object) is " << sizeof(object) << endl;
            ? return 0 ;
            }
            ?
            ***************************************************************
            ?
            ?
            輸出結(jié)果為12(我的機(jī)器上sizeof(float)值為4,字節(jié)對(duì)其前面已經(jīng)講過(guò))。
            ?
            不過(guò)需要注意的是,如果類(lèi)中存在靜態(tài)成員變量,結(jié)果又會(huì)是什么樣子呢?
            ?
            ***************************************************************

            class A
            {
            ?public:
            ???? static int a;
            ???? int b;
            ???? float c;
            ???? char d;
            };

            int main()
            {
            ? A object;
            ??cout << "sizeof(object) is " << sizeof(object) << endl;
            ? return 0 ;
            }
            ?
            **************************************************************
            ?
            ?
            16?不對(duì)。結(jié)果仍然是12.

            因?yàn)樵诔绦蚓幾g期間,就已經(jīng)為static變量在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域分配了內(nèi)存空間,并且這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在。

            而每次聲明了類(lèi)A的一個(gè)對(duì)象的時(shí)候,為該對(duì)象在堆上,根據(jù)對(duì)象的大小分配內(nèi)存。
            ?
            如果類(lèi)A中包含成員函數(shù),那么又會(huì)是怎樣的情況呢?看下面的例子
            ?
            *************************************************************

            class A
            {
            ?public:
            ???? static int a;
            ???? int b;
            ???? float c;
            ???? char d;
            ???? int add(int x,int y)
            ???? {
            ?????? return x+y;
            ???? }
            };

            int main()
            {
            ??A object;
            ? cout << "sizeof(object) is " << sizeof(object) << endl;
            ? b = object.add(3,4);
            ? cout << "sizeof(object) is " << sizeof(object) << endl;
            ? return 0 ;
            }
            ?
            ***************************************************************
            ?
            結(jié)果仍為12。
            因?yàn)橹挥蟹庆o態(tài)類(lèi)成員變量在新生成一個(gè)object的時(shí)候才需要自己的副本。
            所以每個(gè)非靜態(tài)成員變量在生成新object需要內(nèi)存,而function是不需要的。
            ?
            ?
            ?

            posted on 2006-09-05 12:21 深邃者 閱讀(279) 評(píng)論(1)  編輯 收藏 引用

            評(píng)論

            # re: 關(guān)于sizeof() 2013-07-23 17:22 歲月漫步

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