NDK学习（五）C++的sizeof操作符

最新推荐文章于 2023-03-16 14:14:07 发布

whoami_I

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分类专栏：安卓NDK 文章标签： c++

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本文探讨了C++中的sizeof操作符，它在编译时确定对象大小，并涉及内存对齐规则。规则一指出类大小为内部最大变量的整数倍，规则二描述了变量在内存中的排列方式。通过示例展示了不同编译器和平台下的sizeof行为差异，强调了理解内存对齐对解决编程问题的重要性。此外，还提到了sizeof在动态内存分配和数组大小获取中的应用。

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上一篇中已经提到了由于cpu的寻址特性，导致只能读取某些地址的数据，因此就有了一个对齐的概念，编译器会为我们的程序中私自添加一些填充数据，使得对象在内存中能够对齐，从而获取更佳的存取速度。
C++中获取一个对象大小的操作符，之所以说是操作符，因为sizeof并不是一个语句，而是一个C++的内置操作符，sizeof的值在编译的时候，就已经定下来了，不需要等到运行时，通过sizeof来学习C++中数据是如何对齐的，对齐的规则又是什么。

规则一

整个类的大小应该为内部最大变量所占字节数的整数倍

class A
{
public:
    virtual void f1() {}
    int a;
    char b;
};

上面sizeof(A)的大小为16，因为虚函数表指针要占一个long类型的大小为8，int占4字节，char占1字节，8+4+1=13，但是需要满足对齐规则一，因此扩充3个字节，总大小为16.

规则二

在基类里面，仅仅内部非静态成员变量和虚函数表指针占用空间，其他的不占空间，每个变量的偏移位置应该为该变量大小的整数倍。

class A
{
public:
    char c = 1;
    int a = 2;
    short b = 3;
    void f1() {}
};

1+4+2=7，函数不占空间，根据规则二，偏移量应该为该变量大小的整数倍，所以int a的位置应该是第4位，而不是紧接着char的第1个位置，又因为规则一，需要整个大小对齐，因此总大小：1+3（填充）+4+2+2(填充)=12，其内存分布如下图：
在这里插入图片描述
可以使用下面这段程序验证：

	A *pa = new A();
    cout << (int)*(long *)((char *)pa + 4) << endl;		//输出a的值2
    cout << (short)*(long *)((char *)pa + 8) << endl;		//输出b的值3

其实对齐的规则就是上面两条，如果我们想自己决定对齐规则，可以使用#pragma pack(n)来改变对齐规则，这条语句也有两条对齐规则：

1、对于偏移对齐，若n大于该变量的大小，那么按照类默认对齐方式；否则按照n字节对齐方式放置该变量位置。（最小原则）
2、对于整个变量的大小，若n大于类里面所有的变量大小(也就是大于最大变量大小)，那么类大小为默认的；否则为n的倍数。（最小原则）

举个例子：

class A
{
#pragma pack(2)
public:
    char c = 1;
    int a = 2;
    short b = 3;
    void f1() {}
};

sizeof大小为8，char占1字节，int大小为4,4大于2，按照最小原理，int的偏移为2的倍数，所以中间填充了一个字节，short偏移为6，符合规则1，这样整个大小为8，符合规则2，不用填充。

下面看一看在继承的时候，sizeof的行为会是如何：

class A
{
public:
    char c = 1;
    int a = 2;
    short b = 3;
};

class B : public A
{
    short b;
};
class C : public B
{
public:
    short c;
};

上面这段代码在不同的编译器上跑出来的结果还不一样：
Visual studio结果为12、16、20.
Gcc结果为12、16、16
这说明了对齐规则本身是和编译器息息相关的，而且和具体的平台也有关系，因此我们一般不要使用sizeof去做一些什么判断，因为你会发现不同的平台结果不一样，我们只是通过sizeof去讲cpu是有对齐这个概念的，通过这个对齐的规则去了解C++编译器具体对我们的源代码干了什么，class内存布局是怎样的，使得在实际使用的时候如果出现问题，能够多一个思路去想出可能的解决方案。

sizeof一个比较常见的用处就是在C语言中获取一块所需大小的内存空间：

struct A *pa = (struct A*)malloc(sizeof(struct A));

还有就是获取数组的大小：

int c[] = {1,2,5,657,8,7};
int num = sizeof(c)/sizeof(c[0]);

能够获取的根本原因还是c中的数组都是固定大小的，当在堆上分配数组时，sizeof就不管用了。