達內推薦:sizeof?

1.
定義:sizeof是何方神聖?sizeof
乃 C/C++ 中的一個操作符(operator)是也。簡單說其作用就是返回一個物件或者型別所佔的記憶體位元組數。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.其返回值型別為size_t,在標頭檔案stddef.h中定義。這是一個依賴於編譯系統的值,一般定義為typedef
unsigned int size_t;世上編譯器林林總總,但作為一個規範,它們都會保證char、signed
char和unsigned char的sizeof值為1,畢竟char是我們程式設計能用的最小資料型別。

2.
語法:sizeof有三種語法形式,如下:1)
sizeof( object ); // sizeof( 物件 );2)
sizeof( type_name ); // sizeof( 型別 );3)
sizeof object; // sizeof 物件;所以,int
i;sizeof(
i ); // oksizeof
i; // oksizeof(
int ); // oksizeof
int; // error既然寫法2可以用寫法1代替,為求形式統一以及減少我們大腦的負擔,第2種寫法,忘掉它吧!實際上,sizeof計算物件的大小也是轉換成對物件型別的計算。也就是說,同種型別的不同物件其sizeof值都是一致的。這裡,物件可以進一步延伸至表示式,即sizeof可以對一個表示式求值。編譯器根據表示式的最終結果型別來確定大小,一般不會對錶達式進行計算。例如:sizeof(
2 ); // 2的型別為int,所以等價於 sizeof( int );sizeof(
2 + 3.14 ); // 3.14的型別為double,2也會被提升成double型別,所以等價於 sizeof( double );sizeof也可以對一個函式呼叫求值,其結果是函式返回型別的大小,函式並不會被呼叫。我們來看一個完整的例子:*********************************************************char
foo(){printf(\"foo()
has been called.\\n\");return
\'a\';}int
main(){size_t
sz = sizeof( foo() ); // foo() 的返回值型別為char,所以sz = sizeof(char),但函式foo()並不會被呼叫printf(\"sizeof(
foo() ) = %d\\n\", sz);}*********************************************************C99標準規定,函式、不能確定型別的表示式以及位域(bit-field)成員不能被計算sizeof值,即下面這些寫法都是錯誤的:sizeof(
foo ); // errorvoid
foo2() { }sizeof(
foo2() ); // errorstruct
S{unsigned
int f1 : 1;unsigned
int f2 : 5;unsigned
int f3 : 12;};sizeof(
S.f1 ); // error

3.
sizeof的常量性sizeof的計算髮生在編譯時刻,所以它可以被當作常量表達式使用。如:char
ary[ sizeof( int ) * 10 ]; // ok最新的C99標準規定sizeof也可以在執行時刻進行計算。如下面的程式在Dev-C++中可以正確執行:int
n;n
= 10; // n動態賦值char
ary[n]; // C99也支援陣列的動態定義printf(\"%d\\n\",
sizeof(ary)); // ok. 輸出10但在沒有完全實現C99標準的編譯器中就行不通了,上面的程式碼在VC6中就通不過編譯。所以我們最好還是認為sizeof是在編譯期執行的,這樣不會帶來錯誤,讓程式的可移植性強些。[Page]

4.
基本資料型別的sizeof這裡的基本資料型別指short、int、long、float、double這樣的簡單內建資料型別。由於它們都是和系統相關的,所以在不同的系統下取值可能不同。這務必引起我們的注意,儘量不要在這方面給自己程式的移植造成麻煩。一般的,在32位編譯環境中,sizeof(int)的取值為4。

5.
指標變數的sizeof學過資料結構的你應該知道指標是一個很重要的概念,它記錄了另一個物件的地址。既然是來存放地址的,那麼它當然等於計算機內部地址匯流排的寬度。所以在32位計算機中,一個指標變數的返回值必定是4(注意結果是以位元組為單位)。可以預計,在將來的64位系統中指標變數的sizeof結果為8。*********************************************************char*
pc = \"abc\";int*
pi;string*
ps;char**
ppc = &pc;void
(*pf)(); // 函式指標sizeof(
pc ); // 結果為4sizeof(
pi ); // 結果為4sizeof(
ps ); // 結果為4sizeof(
ppc );// 結果為4sizeof(
pf ); // 結果為4*********************************************************指標變數的sizeof值與指標所指的物件沒有任何關係,正是由於所有的指標變數所佔記憶體大小相等,所以MFC訊息處理函式使用兩個引數WPARAM、LPARAM就能傳遞各種複雜的訊息結構(使用指向結構體的指標)。

6.
陣列的sizeof陣列的sizeof值等於陣列所佔用的記憶體位元組數,如:char
a1[] = \"abc\";int
a2[3];sizeof(
a1 ); // 結果為4,字元 末尾還存在一個NULL終止符sizeof(
a2 ); // 結果為3*4=12(依賴於int)一些朋友剛開始時把sizeof當作了求陣列元素的個數,現在,你應該知道這是不對的。那麼應該怎麼求陣列元素的個數呢?Easy,通常有下面兩種寫法:int
c1 = sizeof( a1 ) / sizeof( char ); // 總長度/單個元素的長度int
c2 = sizeof( a1 ) / sizeof( a1[0]); // 總長度/第一個元素的長度寫到這裡,提一問,下面的c3,c4值應該是多少呢?*********************************************************void
foo3(char a3[3]){int
c3 = sizeof( a3 ); // c3 ==}void
foo4(char a4[]){int
c4 = sizeof( a4 ); // c4 ==}*********************************************************也許當你試圖回答c4的值時已經意識到c3答錯了,是的,c3!=3。這裡函式引數a3已不再是陣列型別,而是蛻變成指標。相當於char*
a3,為什麼仔細想想就不難明白。我們呼叫函式foo1時,程式會在棧上分配一個大小為3的陣列嗎?不會![NextPage]陣列是“傳址”的,呼叫者只需將實參的地址傳遞過去,所以a3自然為指標型別(char*),c3的值也就為4。

7.
結構體的sizeof這是初學者問得最多的一個問題,所以這裡有必要多費點筆墨。讓我們先看一個結構體:struct
S1{char
c;int
i;};問sizeof(s1)等於多少?聰明的你開始思考了,char佔1個位元組,int佔4個位元組,那麼加起來就應該是5。是這樣嗎?你在你機器上試過了嗎?也許你是對的,但很可能你是錯的!VC6中按預設設定得到的結果為8。Why?為什麼受傷的總是我?請不要沮喪,我們來好好琢磨一下sizeof的定義
—— sizeof的結果等於物件或者型別所佔的記憶體位元組數。好吧,那就讓我們來看看S1的記憶體分配情況: [Page]S1
s1 = { \'a\', 0xFFFFFFFF };定義上面的變數後,加上斷點,執行程式,觀察s1所在的記憶體,你發現了什麼?以我的VC6.0為例,s1的地址為0x0012FF78,其資料內容如下:0012FF78:
61 CC CC CC FF FF FF FF發現了什麼?怎麼中間夾雜了3個位元組的CC?看看MSDN上的說明:When
applied to a structure type or variable, sizeof returns the actual size, which
may include padding bytes inserted for alignment.原來如此,這就是傳說中的位元組對齊啊!一個重要的話題出現了。為什麼需要位元組對齊?計算機組成原理教導我們,這樣有助於加快計算機的取數速度,否則就得多花指令週期了。為此,編譯器預設會對結構體進行處理(實際上其它地方的資料變數也是如此),讓寬度為2的基本資料型別(short等)都位於能被2整除的地址上,讓寬度為4的基本資料型別(int等)都位於能被4整除的地址上。以此類推,這樣,兩個數中間就可能需要加入填充位元組,所以整個結構體的sizeof值就增長了。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)的結果為多少?怎麼還是8。再看看記憶體,原來成員c後面仍然有3個填充位元組。這又是為什麼啊?彆著急,下面總結規律。

位元組對齊的細節和編譯器實現相關,但一般而言,滿足三個準則:1)
結構體變數的首地址能夠被其最寬基本型別成員的大小所整除;2)
結構體每個成員相對於結構體首地址的偏移量(offset)都是成員大小的整數倍,如有需要編譯器會在成員之間加上填充位元組(internal adding);3)
結構體的總大小為結構體最寬基本型別成員大小的整數倍,如有需要編譯器會在最末一個成員之後加上填充位元組(trailing padding)。

對於上面的準則,有幾點需要說明:1)
前面不是說結構體成員的地址是其大小的整數倍,怎麼又說到偏移量了呢?因為有了第1點存在,所以我們就可以只考慮成員的偏移量,這樣思考起來簡單。想想為什麼。結構體某個成員相對於結構體首地址的偏移量可以通過巨集offsetof()來獲得,這個巨集也在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等於4

2)
基本型別是指前面提到的像char、short、int、float、double這樣的內建資料型別。這裡所說的“資料寬度”就是指其sizeof的大小。由於結構體的成員可以是複合型別,比如另外一個結構體,所以在尋找最寬基本型別成員時,應當包括複合型別成員的子成員,而不是把複合成員看成是一個整體。但在確定複合型別成員的偏移位置時則是將複合型別作為整體看待。這裡敘述起來有點拗口,思考起來也有點撓頭,還是讓我們看看例子吧(具體數值仍以VC6為例,以後不再說明):struct
S3{char
c1;S1
s;char
c2;};S1的最寬簡單成員的型別為int,S3在考慮最寬簡單型別成員時是將S1“打散”看的,所以S3的最寬簡單型別為int。這樣,通過S3定義的變數,其儲存空間首地址需要被4整除,整個sizeof(S3)的值也應該被4整除。c1的偏移量為0,s的偏移量呢?這時s是一個整體,它作為結構體變數也滿足前面三個準則,所以其大小為8,偏移量為4,c1與s之間便需要3個填充位元組,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,這樣末尾還得補上3個填充位元組。最後得到sizeof(S3)的值為16。
[Page]通過上面的敘述,我們可以得到一個公式:結構體的大小等於最後一個成員的偏移量加上其大小再加上末尾的填充位元組數目,即:sizeof(
struct ) = offsetof( last item ) + sizeof( last item ) + sizeof( trailing
padding )

8.類的sizeof

類的sizeof值等於類中成員變數所佔用的記憶體位元組數。如:****************************************************************

class
A{public:int
b;float
c;char
d;};int
main(void){A
object;cout
<<\"sizeof(object) is \"< return 0 ;}

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

輸出結果為12(我的機器上sizeof(float)值為4,位元組對其前面已經講過)。

不過需要注意的是,如果類中存在靜態成員變數,結果又會是什麼樣子呢?

***************************************************************class
A{public:static
int a;int
b;float
c;char
d;};int
main(){A
object;cout
<<\"sizeof(object) is \"< return 0 ;}

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

16?不對。結果仍然是12.因為在程式編譯期間,就已經為static變數在靜態儲存區域分配了記憶體空間,並且這塊記憶體在程式的整個執行期間都存在。而每次聲明瞭類A的一個物件的時候,為該物件在堆上,根據物件的大小分配記憶體。

如果類A中包含成員函式,那麼又會是怎樣的情況呢?看下面的例子

*************************************************************[NextPage]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 \"< b = object.add(3,4);cout
<<\"sizeof(object) is \"< return 0 ;}

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

結果仍為12。

因為只有非靜態類成員變數在新生成一個object的時候才需要自己的副本。所以每個非靜態成員變數在生成新object需要記憶體,而function是不需要的。

注:C++中的多型和虛繼承也是非常重要的東西,不過比較複雜,編譯器不同,細節也有所不同。

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