1
、什么是
sizeof
首先看一下
sizeof
在
msdn
上的定义:
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
这个字眼,是不是想到了函数?错了,
sizeof
不是一个函数,你见过给一个函数传参数,而不加括号的吗?
sizeof
可以,所以
sizeof
不是函数。网上有人说
sizeof
是一元操作符,但是我并不这么认为,因为
sizeof
更像一个特殊的宏,它是在编译阶段求值的。举个例子:
cout<<sizeof(int)<<endl; // 32
位机上
int
长度为
4
cout<<sizeof(1==2)<<endl; // ==
操作符返回
bool
类型,相当于
cout<<sizeof(bool)<<endl;
在编译阶段已经被翻译为:
cout<<4<<endl;
cout<<1<<endl;
这里有个陷阱,看下面的程序:
int a = 0;
cout<<sizeof(a=3)<<endl;
cout<<a<<endl;
输出为什么是
4
,
0
而不是期望中的
4
,
3
???就在于
sizeof
在编译阶段处理的特性。由于
sizeof
不能被编译成机器码,所以
sizeof
作用范围内,也就是
()
里面的内容也不能被编译,而是被替换成类型。
=
操作符返回左操作数的类型,所以
a=3
相当于
int
,而代码也被替换为:
int a = 0;
cout<<4<<endl;
cout<<a<<endl;
所以,
sizeof
是不可能支持链式表达式的,这也是和一元操作符不一样的地方。
结论:不要把
sizeof
当成函数,也不要看作一元操作符,把他当成一个特殊的编译预处理。
2
、
sizeof
的用法
sizeof
有两种用法:
(
1
)
sizeof(object)
也就是对对象使用
sizeof
,也可以写成
sizeof object
的形式。例如:
(
2
)
sizeof(typename)
也就是对类型使用
sizeof
,注意这种情况下写成
sizeof typename
是非法的。下面举几个例子说明一下:
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
类型的
object, sizeof object
的用法,合理
cout<<sizeof(2)<<endl; // 2
被解析成
int
类型的
object, sizeof(object)
的用法,合理
cout<<sizeof(int)<<endl;// sizeof(typename)
的用法,合理
cout<<sizeof int<<endl; //
错误!对于操作符,一定要加
()
可以看出,加
()
是永远正确的选择。
结论:不论
sizeof
要对谁取值,最好都加上
()
。
3
、数据类型的
sizeof
(
1
)
C++
固有数据类型
32
位
C++
中的基本数据类型,也就
char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double
大小分别是:
1
,
2
,
4
,
4
,
4
,
8, 10
。
考虑下面的代码:
cout<<sizeof(unsigned int) == sizeof(int)<<endl; //
相等,输出
1
unsigned
影响的只是最高位
bit
的意义,数据长度不会被改变的。
结论:
unsigned
不能影响
sizeof
的取值。
(
2
)自定义数据类型
typedef
可以用来定义
C++
自定义类型。考虑下面的问题:
typedef short WORD;
typedef long DWORD;
cout<<(sizeof(short) == sizeof(WORD))<<endl; //
相等,输出
1
cout<<(sizeof(long) == sizeof(DWORD))<<endl; //
相等,输出
1
结论:自定义类型的
sizeof
取值等同于它的类型原形。
(
3
)函数类型
考虑下面的问题:
int f1(){return 0;};
double f2(){return 0.0;}
void f3(){}
cout<<sizeof(f1())<<endl; // f1()
返回值为
int
,因此被认为是
int
cout<<sizeof(f2())<<endl; // f2()
返回值为
double
,因此被认为是
double
cout<<sizeof(f3())<<endl; //
错误!无法对
void
类型使用
sizeof
cout<<sizeof(f1)<<endl; //
错误!无法对函数指针使用
sizeof
cout<<sizeof*f2<<endl; // *f2
,和
f2()
等价,因为可以看作
object
,所以括号不是必要的。被认为是
double
结论:对函数使用
sizeof
,在编译阶段会被函数返回值的类型取代,
4
、指针问题
考虑下面问题:
cout<<sizeof(string*)<<endl; // 4
cout<<sizeof(int*)<<endl; // 4
cout<<sizof(char****)<<endl; // 4
可以看到,不管是什么类型的指针,大小都是
4
的,因为指针就是
32
位的物理地址。
结论:只要是指针,大小就是
4
。(
64
位机上要变成
8
也不一定)。
顺便唧唧歪歪几句,
C++
中的指针表示实际内存的地址。和
C
不一样的是,
C++
中取消了模式之分,也就是不再有
small,middle,big,
取而代之的是统一的
flat
。
flat
模式采用
32
位实地址寻址,而不再是
c
中的
segment:offset
模式。举个例子,假如有一个指向地址
f000:8888
的指针,如果是
C
类型则是
8888(16
位
,
只存储位移,省略段
)
,
far
类型的
C
指针是
f0008888(32
位,高位保留段地址,地位保留位移
),C++
类型的指针是
f8888(32
位,相当于段地址
*16 +
位移,但寻址范围要更大
)
。
5
、数组问题
考虑下面问题:
char a[] = "abcdef";
int b[20] = {3, 4};
char c[2][3] = {"aa", "bb"};
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
cout<<sizeof(b)<<endl; // 20
cout<<sizeof(c)<<endl; // 6
数组
a
的大小在定义时未指定,编译时给它分配的空间是按照初始化的值确定的,也就是
7
。
c
是多维数组,占用的空间大小是各维数的乘积,也就是
6
。可以看出,数组的大小就是他在编译时被分配的空间,也就是各维数的乘积
*
数组元素的大小。
结论:数组的大小是各维数的乘积
*
数组元素的大小。
这里有一个陷阱:
int *d = new int[10];
cout<<sizeof(d)<<endl; // 4
d
是我们常说的动态数组,但是他实质上还是一个指针,所以
sizeof(d)
的值是
4
。
再考虑下面的问题:
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
是一个很奇怪的定义,他表示一个指向
double*[3][6]
类型数组的指针。既然是指针,所以
sizeof(a)
就是
4
。
既然
a
是执行
double*[3][6]
类型的指针,
*a
就表示一个
double*[3][6]
的多维数组类型,因此
sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72
。同样的,
**a
表示一个
double*[6]
类型的数组,所以
sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24
。
***a
就表示其中的一个元素,也就是
double*
了,所以
sizeof(***a)=4
。至于
****a
,就是一个
double
了,所以
sizeof(****a)=sizeof(double)=8
。
6
、向函数传递数组的问题。
考虑下面的问题:
#include <iostream>
using namespace std;
int Sum(int i[])
{
int sumofi = 0;
for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) //
实际上,
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
得到数组的大小,然后求和。但是实际上,传入自函数
Sum
的,只是一个
int
类型的指针,所以
sizeof(i)=4
,而不是
24
,所以会产生错误的结果。解决这个问题的方法使是用指针或者引用。
使用指针的情况:
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;
}
在这个
Sum
里,
i
是一个指向
i[6]
类型的指针,注意,这里不能用
int Sum(int (*i)[])
声明函数,而是必须指明要传入的数组的大小,不然
sizeof(*i)
无法计算。但是在这种情况下,再通过
sizeof
来计算数组大小已经没有意义了,因为此时大小是指定为
6
的。
使用引用的情况和指针相似:
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;
}
这种情况下
sizeof
的计算同样无意义,所以用数组做参数,而且需要遍历的时候,函数应该有一个参数来说明数组的大小,而数组的大小在数组定义的作用域内通过
sizeof
求值。因此上面的函数正确形式应该是:
#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
、字符串的
sizeof
和
strlen
考虑下面的问题:
char a[] = "abcdef";
char b[20] = "abcdef";
string s = "abcdef";
cout<<strlen(a)<<endl; // 6
,字符串长度
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
,字符串容量
cout<<strlen(b)<<endl; // 6
,字符串长度
cout<<strlen(b)<<endl; // 20
,字符串容量
cout<<sizeof(s)<<endl; // 12,
这里不代表字符串的长度,而是
string
类的大小
cout<<strlen(s)<<endl; //
错误!
s
不是一个字符指针。
a[1] = '\0';
cout<<strlen(a)<<endl; // 1
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
,
sizeof
是恒定的
strlen
是寻找从指定地址开始,到出现的第一个
0
之间的字符个数,他是在运行阶段执行的,而
sizeof
是得到数据的大小,在这里是得到字符串的容量。所以对同一个对象而言,
sizeof
的值是恒定的。
string
是
C++
类型的字符串,他是一个类,所以
sizeof(s)
表示的并不是字符串的长度,而是类
string
的大小。
strlen(s)
根本就是错误的,因为
strlen
的参数是一个字符指针,如果想用
strlen
得到
s
字符串的长度,应该使用
sizeof(s.c_str())
,因为
string
的成员函数
c_str()
返回的是字符串的首地址。实际上,
string
类提供了自己的成员函数来得到字符串的容量和长度,分别是
Capacity()
和
Length()
。
string
封装了常用了字符串操作,所以在
C++
开发过程中,最好使用
string
代替
C
类型的字符串。
8
、从
union
的
sizeof
问题看
cpu
的对界
考虑下面问题:(默认对齐方式)
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
的大小取决于它所有的成员中,占用空间最大的一个成员的大小。所以对于
u
来说,大小就是最大的
double
类型成员
a
了,所以
sizeof(u)=sizeof(double)=8
。但是对于
u2
和
u3
,最大的空间都是
char[13]
类型的数组,为什么
u3
的大小是
13
,而
u2
是
16
呢?关键在于
u2
中的成员
int b
。由于
int
类型成员的存在,使
u2
的对齐方式变成
4
,也就是说,
u2
的大小必须在
4
的对界上,所以占用的空间变成了
16
(最接近
13
的对界)。
结论:复合数据类型,如
union
,
struct
,
class
的对齐方式为成员中对齐方式最大的成员的对齐方式。
顺便提一下
CPU
对界问题,
32
的
C++
采用
8
位对界来提高运行速度,所以编译器会尽量把数据放在它的对界上以提高内存命中率。对界是可以更改的,使用
#pragma pack(x)
宏可以改变编译器的对界方式,默认是
8
。
C++
固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。例如,指定编译器按
2
对界,
int
类型的大小是
4
,则
int
的对界为
2
和
4
中较小的
2
。在默认的对界方式下,因为几乎所有的数据类型都不大于默认的对界方式
8
(除了
long double
),所以所有的固有类型的对界方式可以认为就是类型自身的大小。更改一下上面的程序:
#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
由于手动更改对界方式为
2
,所以
int
的对界也变成了
2
,
u2
的对界取成员中最大的对界,也是
2
了,所以此时
sizeof(u2)=14
。
结论:
C++
固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。
9
、
struct
的
sizeof
问题
因为对齐问题使结构体的
sizeof
变得比较复杂,看下面的例子:
(
默认对齐方式下
)
struct s1
{
char a;
double b;
int c;
char d;
};
struct s2
{
char a;
char b;
int c;
double d;
};
cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 16
同样是两个
char
类型,一个
int
类型,一个
double
类型,但是因为对界问题,导致他们的大小不同。计算结构体大小可以采用元素摆放法,我举例子说明一下:首先,
CPU
判断结构体的对界,根据上一节的结论,
s1
和
s2
的对界都取最大的元素类型,也就是
double
类型的对界
8
。然后开始摆放每个元素。
对于
s1
,首先把
a
放到
8
的对界,假定是
0
,此时下一个空闲的地址是
1
,但是下一个元素
d
是
double
类型,要放到
8
的对界上,离
1
最接近的地址是
8
了,所以
d
被放在了
8
,此时下一个空闲地址变成了
16
,下一个元素
c
的对界是
4
,
16
可以满足,所以
c
放在了
16
,此时下一个空闲地址变成了
20
,下一个元素
d
需要对界
1
,也正好落在对界上,所以
d
放在了
20
,结构体在地址
21
处结束。由于
s1
的大小需要是
8
的倍数,所以
21-23
的空间被保留,
s1
的大小变成了
24
。
对于
s2
,首先把
a
放到
8
的对界,假定是
0
,此时下一个空闲地址是
1
,下一个元素的对界也是
1
,所以
b
摆放在
1
,下一个空闲地址变成了
2
;下一个元素
c
的对界是
4
,所以取离
2
最近的地址
4
摆放
c
,下一个空闲地址变成了
8
,下一个元素
d
的对界是
8
,所以
d
摆放在
8
,所有元素摆放完毕,结构体在
15
处结束,占用总空间为
16
,正好是
8
的倍数。
这里有个陷阱,对于结构体中的结构体成员,不要认为它的对齐方式就是他的大小,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; // 8
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s3)<<endl; // 9
cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16;
s1
和
s2
大小虽然都是
8
,但是
s1
的对齐方式是
1
,
s2
是
8
(
double
),所以在
s3
和
s4
中才有这样的差异。
所以,在自己定义结构体的时候,如果空间紧张的话,最好考虑对齐因素来排列结构体里的元素。
10
、不要让
double
干扰你的位域
在结构体和类中,可以使用位域来规定某个成员所能占用的空间,所以使用位域能在一定程度上节省结构体占用的空间。不过考虑下面的代码:
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; // 24
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s3)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16
可以看到,有
double
存在会干涉到位域(
sizeof
的算法参考上一节),所以使用位域的的时候,最好把
float
类型和
double
类型放在程序的开始或者最后。
第一次写东西,发现自己的表达能力太差了,知道的东西讲不出来,讲出来的东西别人也看不懂,呵呵。另外,
C99
标准的
sizeof
已经可以工作在运行时了,打算最近找个支持
C99
的编译器研究一下。
posted on 2006-05-24 15:01
黄大仙 阅读(11135)
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C/C++