C++类对象占用空间大小计算

最新推荐文章于 2024-10-12 12:03:25 发布

UntilTheCore

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分类专栏： C++ 文章标签：基本数据类型继承虚函数

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本文详细解析了C++中类对象占用的空间大小计算方法，包括基本数据类型对齐规则、不同情况下类成员变量的内存分配及虚函数的影响。

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0x1、知识点

1、一个类对象所占据的内存空间由它的数据成员（非静态成员）所占据的数据空间总和决定（需要考虑对齐）；

2、类的成员函数（包括静态、非静态）、虚函数本身不占据对象的内存空间；

3、空类、单一继承的空类、多继承的空类所占用空间大小为 1 ；

1.1、基本数据类型大小：

基本数据类型
bool	1个字节
char	1个字节
short	2个字节
int	4个字节
long	4个字节
float	4个字节
double	8个字节

0x2、详细介绍

2.1、普通类，无继承

先看代码：

class A {
public:
	A() {
	}
private:
	int a;
	int b;
	char c;
	int d;
	char e[1];
};
int main()
{
	A a;
	size_t aa = sizeof(a);
	printf("aa = %d\n", aa);
    return 0;
}

上述代码类A中有五个私有成员变量，按照内存大小对齐来计算：

int a --> 4字节
int b --> 4字节
char c --> 4字节
int d --> 4字节
char e --> 4字节
大小总计：20 字节

可能有人会有这个疑问：这个对齐是按照什么对齐的呢？答案就是按照成员变量中类型大小最大的来计算，即如果是int那么按照 4 字节对齐，如果是double类型的变量则是按照 8 字节对齐。而且需要注意的是，不要以为只有单字节的char在最后，且后面没有了其他数据成员就不用对齐了，依然是要对齐的！

上面的计算是否很简单？现在我们再来看成员变量中有double类型的类大小如何计算：

class A {
public:
	A() {
	}
private:
	int a;
	int b;
	char c;
	double d;
	char e[1];
 	int f;
 	char g;
 	int h;
};
int main()
{
	A a;
	size_t aa = sizeof(a);
	printf("aa = %d\n", aa);
    return 0;
}

上述代码类A中有八个私有成员变量，按照内存大小对齐来计算：

int a --> 4个字节
int b --> 4个字节
char c --> 8个字节
double d --> 8个字节
char e --> 4个字节
int f --> 4个字节
char g --> 4个字节
int h --> 4个字节
大小总计：40 字节

大家看到，同样是 char 类型的数据，凭什么 "char c"就是占 8 个字节，而 "char e" 和 "char g" 就只占 4 个字节？这是为什么呢？如之前所说的，对齐值是按照最大的数据类型大小来算的，至于为什么 "char c" 是8个字节而 "char e" 和 "char g" 是4字节的原因是因为 "char e" 4 字节对齐后加上 "int f" 4个字节后刚刚凑够 8 个字节了，他们俩搭伙凑够 8 字节也正符合当前 8 字节对齐的规律。而 "char c" 很孤单，没人和它搭伙，所以就自己凑出 8 字节咯！

2.2、普通类，有继承

如果只是单纯的普通类，且没有虚函数和虚继承的话，那么子类会继承父类所有成员。但是虽然继承了，如果父类中的成员是私有的话是无法被访问的。所以在这种情况下的继承，子类的大小就是父类的大小 + 子类成员大小，而且子类中同样也继承了父类中的对齐规则，8 字节对齐的依然还是 8 字节对齐。

class A {
public:
	A() {
	}
private:
	int a;
	int b;
	char c;
	double d;
	char e[1];
  	int f;
};

class B :public A {
private:
	char a;
	int b;
};

int main()
{
	A a;
	size_t aa = sizeof(a);
	B b;
	size_t bb = sizeof(b);
	printf("aa = %d\nbb = %d\n", aa, bb);
    return 0;

父类 A 的大小：

int a --> 4 字节
int b --> 4 字节
char c --> 8 字节
double d --> 8 字节
char e --> 4 字节
int f --> 4 字节
大小总计：32 字节

子类 B 的大小：

char a --> 4 字节
int  b --> 4 字节
父类 A --> 32 字节
大小总计：40 字节

2.3、有虚函数的类，有继承

有虚函数的类，除了自身所有成员变量的大小外，还要加上由于有虚函数而被编译器生成的虚函数表指针，这个指针的大小同样受最大类型对齐影响，而且这个虚函数表指针的大小是在所有成员大小计算完后加上的，所以如果是最大类型为 int 的，则是所有成员大小之和之上再加 4 。同理，如果最大类型是double，则是加 8 。

class A {
public:
	A() {
	}
	virtual void fun() {}
private:
	int a;
	int b;
	char c;
	double d;
	char e[1];
  	int f;
};

class B :public A {
public:
	virtual void fun1() {}
private:
	char g;
	int h;
};
int main()
{
	A a;
	size_t aa = sizeof(a);
	B b;
	size_t bb = sizeof(b);
	printf("aa = %d\nbb = %d\n", aa, bb);
    return 0;
}

父类 A 的大小：

int a --> 4 字节
int b --> 4 字节
char c --> 8 字节
double d --> 8 字节
char e --> 4 字节
int f --> 4 字节
虚函数表指针大小 --> 8 字节
大小总计：40 字节

子类 B 的大小：

char g --> 4 字节
int h --> 4 字节
父类 A 的大小 --> 40 字节
大小总计： 48 字节

需要注意的是：虽然子类也有自己的虚函数，但是它继承了父类的虚函数表指针，也等于继承了父类的虚函数表。除非父类中没有虚函数，那么子类是不会自己再生成一个虚函数表的。它自己的虚函数地址会加入到从父类继承过来的虚函数表中。

0x3、最后

还有关于虚继承的内容之后再添加上，关于《C++类对象占用空间大小计算》到此就结束了。本人才疏学浅，文中内容虽经过VS2015编译测试，但也可能难免疏忽出错，如果看官发现了错误还请及时留言指正！谢谢！

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