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1 、什么是 sizeof

 
首先看一下 sizeof 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
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 , 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 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 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() 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 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 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 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 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 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 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 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 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
s2 大小虽然都是 8 ,但是 s1 的对齐方式是 1 s2 8 double ),所以在 s3 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(11107) 评论(4)  编辑 收藏 引用 所属分类: C/C++

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# re: c/c++数组与sizeof的基础知识 2011-10-11 08:53 caixia
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# re: c/c++数组与sizeof的基础知识 2015-05-27 15:21 shirley
写的 很好了。  回复  更多评论
  
# re: c/c++数组与sizeof的基础知识 2015-11-10 11:57 守望者在这里
博主写的非常好 解惑了 谢谢 我还转载了  回复  更多评论
  
# re: c/c++数组与sizeof的基础知识 2016-05-04 21:20 秦强
写的很深,受益匪浅啊  回复  更多评论
  

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