C语言之sizeof

在 C 语言中，sizeof 是一个 运算符（而不是函数），用于获取一个变量或数据类型所占用的内存字节数。它在编译时就会被计算，因此是一个 编译时常量，不会在程序运行时产生开销。

基本语法：

sizeof(expression)

• expression：可以是任何类型的变量、数据类型、数组、结构体等。
• 返回值：sizeof 返回的是 size_t 类型（通常是 unsigned int 或 unsigned long），表示所占字节数。

常见用法：

1. 用于基本数据类型：

   • 例如：sizeof(int)、sizeof(double) 等。
   • 返回的是该数据类型在内存中占用的字节数。

   printf("sizeof(int) = %zu\n", sizeof(int));   // 输出 int 类型的大小，通常是 4 字节
   printf("sizeof(double) = %zu\n", sizeof(double)); // 输出 double 类型的大小，通常是 8 字节
   

2. 用于变量：

   • sizeof 也可以用于已声明的变量，返回该变量类型所占的字节数。

   int a = 5;
   double b = 3.14;
   printf("sizeof(a) = %zu\n", sizeof(a));   // 输出 a 变量的大小，通常是 4 字节
   printf("sizeof(b) = %zu\n", sizeof(b));   // 输出 b 变量的大小，通常是 8 字节
   

3. 用于数组：

   • sizeof 计算数组的总字节数，而不仅仅是元素个数。
   • 数组的大小是：sizeof(数组) = 元素个数 * 单个元素大小

   int arr[10];
   printf("sizeof(arr) = %zu\n", sizeof(arr));   // 输出数组的总大小，通常是 40 字节（10 * 4 字节）
   printf("sizeof(arr[0]) = %zu\n", sizeof(arr[0])); // 输出单个元素大小，通常是 4 字节
   

   • 如果想知道数组的元素个数，可以通过以下方式：

     int arr[10];
     printf("Number of elements in arr: %zu\n", sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));
     

4. 用于指针：

   • sizeof 计算的是指针本身的大小，而不是指针所指向的数据类型的大小。
   • 指针的大小通常是固定的，取决于系统架构（例如，在 64 位系统上，指针通常占用 8 字节，在 32 位系统上，占用 4 字节）。

   int *p;
   printf("sizeof(p) = %zu\n", sizeof(p));  // 输出指针的大小，通常是 8 字节（在 64 位系统上）
   

   • 注意：指针的大小与它所指向的数据类型无关，指针总是占用固定的字节数。

5. 用于结构体：

   • sizeof 可以用于结构体，返回结构体的总字节数（包括填充字节）。

   struct Person {
       char name[20];
       int age;
   };
   
   printf("sizeof(struct Person) = %zu\n", sizeof(struct Person));
   

   • 注意：结构体的大小可能会受到 内存对齐（padding）的影响。编译器通常会对结构体进行内存对齐，以便提高访问速度。为了保证对齐，结构体中的成员变量可能会被填充一定的字节。

6. 用于动态分配的内存：

   • sizeof 也可以用于动态分配的内存（例如通过 malloc 或 calloc 分配的内存）。

   int *arr = (int *)malloc(10 * sizeof(int)); // 分配 10 个 int 元素的内存
   printf("sizeof(arr) = %zu\n", sizeof(arr)); // 输出指针的大小
   free(arr);
   

   • 注意：sizeof(arr) 输出的是指针的大小，而不是指向的内存块的大小。

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几个例子和解释：

1. 基本数据类型：

   int a = 5;
   printf("sizeof(int) = %zu\n", sizeof(int));  // 结果：通常是 4 字节
   printf("sizeof(a) = %zu\n", sizeof(a));  // 结果：通常是 4 字节
   

2. 数组：

   int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
   printf("sizeof(arr) = %zu\n", sizeof(arr));  // 结果：20 字节 (5 * 4 字节)
   printf("sizeof(arr[0]) = %zu\n", sizeof(arr[0]));  // 结果：4 字节
   printf("Number of elements in arr = %zu\n", sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));  // 结果：5
   

3. 结构体：

   struct Person {
       char name[20];
       int age;
   };
   
   printf("sizeof(struct Person) = %zu\n", sizeof(struct Person));  // 结果：通常是 24 字节
   

   • 结构体中，char 类型通常占 1 字节，而 int 类型占 4 字节。为了满足内存对齐要求，编译器可能会在结构体中插入填充字节。假设 int 类型变量的对齐要求是 4 字节，char 数组的 20 字节之后，会有 3 字节的填充字节，最终结构体总大小是 24 字节。

4. 指针：

   int *p;
   printf("sizeof(p) = %zu\n", sizeof(p));  // 结果：通常是 8 字节（64 位系统上）
   

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注意事项：

1. sizeof 计算的是类型的大小，而不是变量的值。例如，sizeof(a) 计算的是 a 变量类型所占用的字节数。
2. sizeof 在数组的情况下会返回数组的总字节数，而不仅仅是数组的元素个数。如果需要获取元素个数，需要除以单个元素的大小。
3. 指针的大小是固定的，和它指向的对象无关。例如，sizeof(int *) 返回的是指针本身占用的内存大小（在 64 位系统上通常是 8 字节）。

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总结：

• sizeof 是一个非常有用的运算符，常用于确定数据类型、变量、数组等所占的内存大小。
• 它在编译时计算，不会产生运行时开销，是一种非常高效的工具。
• 理解 sizeof 在不同数据类型（如指针、数组、结构体）中的表现对于 C 语言编程非常重要。