c++ 中的sizeof() 重要

1.      定义

sizeof是一个操作符（operator）。

其作用是返回一个对象或类型所占的内存字节数。

2.      语法

sizeof有三种语法形式：

1）  sizeof (object);  //sizeof (对象)

2）  sizeof object;   //sizeof 对象

3）  sizeof (type_name);  //sizeof (类型)

对象可以是各种类型的变量，以及表达式（一般sizeof不会对表达式进行计算）。

sizeof对对象求内存大小，最终都是转换为对对象的数据类型进行求值。

sizeof (表达式); //值为表达式的最终结果的数据类型的大小

举例：

int i;  
sizeof(int); //值为4  
sizeof(i); //值为4，等价于sizeof(int)  
sizeof i; //值为4  
sizeof(2); //值为4，等价于sizeof(int)，因为2的类型为int  
sizeof(2 + 3.14); //值为8，等价于sizeof(double)，因为此表达式的结果的类型为double  

char ary[sizeof(int) * 10]; //OK，编译无误

1.      基本数据类型的sizeof

这里的基本数据类型是指short、int、long、float、double这样的简单内置数据类型。

由于它们的内存大小是和系统相关的，所以在不同的系统下取值可能不同。

 

2.      结构体的sizeof

结构体的sizeof涉及到字节对齐问题。

为什么需要字节对齐？计算机组成原理教导我们这样有助于加快计算机的取数速度，否则就得多花指令周期了。为此，编译器默认会对结构体进行处理（实际上其它地方的数据变量也是如此），让宽度为2的基本数据类型（short等）都位于能被2整除的地址上，让宽度为4的基本数据类型（int等）都位于能被4整除的地址上，依次类推。这样，两个数中间就可能需要加入填充字节，所以整个结构体的sizeof值就增长了。

字节对齐的细节和编译器的实现相关，但一般而言，满足三个准则：

1）  结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除。

2）  结构体的每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍，如有需要，编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）。

3）  结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要，编译器会在最末一个成员后加上填充字节（trailing padding）。

    注意：空结构体（不含数据成员）的sizeof值为1。试想一个“不占空间“的变量如何被取地址、两个不同的“空结构体”变量又如何得以区分呢，于是，“空结构体”变量也得被存储，这样编译器也就只能为其分配一个字节的空间用于占位了。

struct S1  
{  
    char a;  
    int b;  
};  
sizeof(S1); //值为8，字节对齐，在char之后会填充3个字节。  
  
struct S2  
{  
    int b;  
    char a;  
};  
sizeof(S2); //值为8，字节对齐，在char之后会填充3个字节。  
  
struct S3  
{  
};  
sizeof(S3); //值为1，空结构体也占内存

3.      联合体的sizeof

结构体在内存组织上市顺序式的，联合体则是重叠式，各成员共享一段内存；所以整个联合体的sizeof也就是每个成员sizeof的最大值。

union u  
{  
    int a;  
    float b;  
    double c;  
    char d;  
};  
  
sizeof(u); //值为8

4.      数组的sizeof

数组的sizeof值等于数组所占用的内存字节数。

注意：1）当字符数组表示字符串时，其sizeof值将’/0’计算进去。

            2）当数组为形参时，其sizeof值相当于指针的sizeof值。 

char a[10];  
char n[] = "abc";   
  
cout<<"char a[10]    "<<sizeof(a)<<endl;//数组，值为10  
  
cout<<"char n[] = /"abc/"    "<<sizeof(n)<<endl;//字符串数组，将'/0'计算进去，值为4

void func(char a[3])  
{  
    int c = sizeof(a); //c = 4，因为这里a不在是数组类型，而是指针，相当于char *a。  
}  
  
void funcN(char b[])  
{  
    int cN = sizeof(b); //cN = 4，理由同上。  
}

5.      指针的sizeof

指针是用来记录另一个对象的地址，所以指针的内存大小当然就等于计算机内部地址总线的宽度。

在32位计算机中，一个指针变量的返回值必定是4。

指针变量的sizeof值与指针所指的对象没有任何关系。

char *b = "helloworld";  
char *c[10];  
double *d;  
int **e;  
void (*pf)();    
  
cout<<"char *b = /"helloworld/"     "<<sizeof(b)<<endl;//指针指向字符串，值为4  
cout<<"char *b                    "<<sizeof(*b)<<endl; //指针指向字符，值为1  
cout<<"double *d                  "<<sizeof(d)<<endl;//指针，值为4  
cout<<"double *d                  "<<sizeof(*d)<<endl;//指针指向浮点数，值为8  
cout<<"int **e                  "<<sizeof(e)<<endl;//指针指向指针，值为4  
cout<<"char *c[10]                "<<sizeof(c)<<endl;//指针数组，值为40  
cout<<"void (*pf)();              "<<sizeof(pf)<<endl;//函数指针，值为4

6.      函数的sizeof

sizeof也可对一个函数调用求值，其结果是函数返回值类型的大小，函数并不会被调用。

对函数求值的形式：sizeof(函数名(实参表))

注意：1）不可以对返回值类型为空的函数求值。 

            2）不可以对函数名求值。

           3）对有参数的函数，在用sizeof时，须写上实参表。

 例子：

#include <iostream>  
using namespace std;  
  
float FuncP(int a, float b)  
{  
    return a + b;  
}  
  
int FuncNP()  
{  
    return 3;  
}  
  
void Func()  
{  
}  
  
int main()  
{  
cout<<sizeof(FuncP(3, 0.4))<<endl; //OK，值为4，sizeof(FuncP(3,0.4))相当于sizeof(float)  
cout<<sizeof(FuncNP())<<endl; //OK，值为4，sizeof(FuncNP())相当于sizeof(int)  
/*cout<<sizeof(Func())<<endl; //error，sizeof不能对返回值为空类型的函数求值*/  
/*cout<<sizeof(FuncNP)<<endl; //error，sizeof不能对函数名求值*/  
return 0;  
}

7、类的sizeof()

 决定C ++中对象的大小的因素：

1.所有非静态数据成员的大小

2.数据成员的顺序

3.字节对齐或字节填充

4.其直接基类的大小虚函数的存在

5.  正在使用的编译器

6.继承模式（虚拟继承）

首先，来看看一个只有构造函数和析构函数的空类：

#include <iostream>  
using namespace std;  
class Base  
{  
public:  
    Base();  
    ~Base();  
};  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    cout << sizeof(Base) << endl;  
}

输出结果为：1

      因为一个空类也要实例化，所谓类的实例化就是在内存中分配一块地址，每个实例在内存中都有独一无二的地址。同样空类也会被实例化，所以编译器会给空类隐含的添加一个字节，这样空类实例化之后就有了独一无二的地址了。所以空类的sizeof为1。 而析构函数，跟构造函数这些成员函数，是跟sizeof无关的，也不难理解因为我们的sizeof是针对实例，而普通成员函数，是针对类体的，一个类的成员函数，多个实例也共用相同的函数指针，所以自然不能归为实例的大小。

     如果给这个类添加成员变量，最后输出的大小就是这些成员变量的大小之和（这里涉及到一个成员对齐问题，不再叙述了）。

关于类中的字节对齐和字节填充请看：https://blog.youkuaiyun.com/obsorb_knowledge/article/details/106073474

请看一下字节对齐和字节填充的例子：

class C { 
        char c; 
        int int1; 
        int int2; 
        int i; 
        long l; 
        short s; 
};

 分析:

  这个类的大小是24字节。尽管char c只消耗1个字节，但将为它分配4个字节，剩下的3个字节将被浪费（留空）。这是因为下一个成员是int，它占用4个字节。如果我们不进入下一个（4）字节来存储这个整数成员，那么这个整数的内存访问/修改周期将是2个读周期。所以编译器会为我们做这个补位。

图解：

接下来再来看一个有继承的例子：

#include <iostream>  
using namespace std;  
class Base  
{  
public:  
    Base();                  
    ~Base();           
    void set_num(int num)    //普通成员函数  
    {  
        a=num;  
    }  
private:  
    int  a;                  //占4字节  
    char *p;                 //4字节指针  
};  
class Derive:public Base  
{  
public:  
    Derive():Base(){};       
    ~Derive(){};  
private:  
    static int st;         //非实例独占  
        int  d;                //占4字节  
};  
int main(int argc, char *argv[])   
{   
    cout<<sizeof(Base)<<endl;  
    cout<<sizeof(Derive)<<endl;  
    return 0;  
} 

输出结果为：8   12

结果很显然， Base 类按4字节对齐，所以是8个字节，Derive 类中不但继承了Base 类的两个成员变量，还多了两个成员变量，但大小却只有12字节，可以得出：静态变量在计算时是不做考虑的。

上面的例子中都没有涉及到虚函数，下面看个有虚函数的例子：

#include <iostream>  
using namespace std;  
class Base  
{  
public:  
    Base() {}  
    virtual ~Base() {}  
};  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    cout << sizeof(Base) << endl;  
    return 0;  
} 

输出结果为：4

      和第一个程序相比，这个类中，析构函数变成了虚函数，类的大小也变成了4字节，这是因为有了虚函数，编译器就会为类创建一个虚函数表(vtable)，并创建一个指针(vptr)指向这个虚函数表。所以类大小变为4字节。如果在 Base 类中再添加新的虚函数，该类的大小还是不会变，因为指向虚函数的指针是放在虚函数表中的，指向虚函数表的指针不会变。

如果在这个类中添加数据成员，就会在4字节的基础上对象大小。

下面再来看看虚函数的继承问题：

#include <iostream>  
using namespace std;  
class Base  
{  
public:  
    Base();                  
    virtual ~Base();           
    void set_num(int num)    //普通成员函数  
    {  
        a=num;  
    }  
private:  
    int  a;                  //占4字节  
    char *p;                 //4字节指针  
};  
class Derive:public Base  
{  
public:  
    Derive():Base(){};       
    ~Derive(){};  
    virtual void foo() { }  
private:  
    static int st;         //非实例独占  
        int  d;                //占4字节  
};  
int main(int argc, char *argv[])   
{   
    cout<<sizeof(Base)<<endl;  
    cout<<sizeof(Derive)<<endl;  
    return 0;  
}

输出结果为：12    16

      Base类的大小为12字节很显然，Derive 类中，虽然有一个虚函数 foo ，但是因为它是从Base 类继承的，所以也继承了其虚函数表，并没有创新新的虚函数表，只是在继承下来的表中添加了一项，所以大小为16字节。

再来看看一个虚继承的例子：

#include <iostream>  
using namespace std;  
class Base  
{  
public:  
    Base();                  
    virtual ~Base();           
    void set_num(int num)    //普通成员函数  
    {  
        a=num;  
    }  
private:  
    int  a;                  //占4字节  
    char *p;                 //4字节指针  
};  
class Derive:virtual public Base  
{  
public:  
    Derive():Base(){};       
    ~Derive(){};  
    virtual void foo() { }  
private:  
    static int st;         //非实例独占  
        int  d;                //占4字节  
};  
int main(int argc, char *argv[])   
{   
    cout<<sizeof(Base)<<endl;  
    cout<<sizeof(Derive)<<endl;  
    return 0;  
} 

输出结果为：12    20

      这里由于虚继承而引入了一个间接的指针(vbc)，该指针是指向虚函数表的一个slot，表中存放着该slot中存放虚基类子对象的偏移量的负值。所以大小比之前多了4字节。就算同时虚继承自两个类，也只会有一个这样的间接指针，也就是大小也只多4字节。

说到这里，关于类对象大小问题的计算应该差不多了