sizeof操作符-结构体与类大小

导读

　　sizeof是C/C++一个难点，当在自定义类上应用sizeof操作符时，总会出现意想不到的结果，下面，我们就来探讨一下sizeof这个操作符！

正文

1. sizeof与strlen的区别

　　这是老生常谈的问题了，下面举一个例子大家就明白了。　　

char buf[] = "hello world!";

cout<<sizeof(buf)<<endl;

cout<<strlen(buf)<<endl;

　　output: 13 12

　　结论：sizeof只计算字符串真正的长度，不带字符串结束标记('\0')；而strlen则计算‘\0’

　　还有一点需要注意的是，sizeof是操作符，strlen是函数，两者之间存在着根本的区别。

2. sizeof作用于结构体/类

　　先看下面程序输出的结果：

#include<iostream>

#include <string.h>

using namespace std;

typedef struct

{

    int a;

}A_t;

typedef struct

{

    char a;

}B_t;

typedef struct

{

    int a;

    char b;

}C_t;

typedef struct

{

    int a;

    char b;

    char c;

}D_t;

typedef struct

{

    char a;

    int b;

    char c;

}E_t;

int main()

{

    cout<<"sizeof(A_t):"<<sizeof(A_t)<<endl;

    cout<<"sizeof(B_t):"<<sizeof(B_t)<<endl;

    cout<<"sizeof(C_t):"<<sizeof(C_t)<<endl;

    cout<<"sizeof(D_t):"<<sizeof(D_t)<<endl;

    cout<<"sizeof(E_t):"<<sizeof(E_t)<<endl;

    return ;

}

　　output:

$./sizeof

sizeof(A_t):

sizeof(B_t):

sizeof(C_t):

sizeof(D_t):

sizeof(E_t):

　　为什么输出的结果和我们的猜想是不符合的呢？到底是什么在影响结构体的大小？这就是下面我们要来分析的。

　　这一切的原因可以归结为字节对齐问题！

3. 字节对齐问题

　　3. 1 对齐跟数据在内存中的位置有关。

　　如果一个变量的内存地址正好位于它长度的整数倍，他就被称做自然对齐。

　　比如在32位cpu下，假设一个整型变量的地址为0x00000004，那它就是自然对齐的。

　　3.2 为什么需要字节对齐

　　需要字节对齐的根本原因在于CPU访问数据的效率问题。

struct A

{

    char a1;
　　 char a2;

    int b;

    char c;

};

　　假设上面整型变量的地址不是自然对齐，比如为0x00000002，则CPU如果取它的值的话需要访问两次内存，第一次取从0x00000002-0x00000003的一个short，

　　第二次取从0x00000004-0x00000005的一个 short然后组合得到所要的数据，如果变量在0x00000003地址上的话则要访问三次内存，第一次为char，第二次为short，第三次为 char，

　　然后组合得到整型数据。而如果变量在自然对齐位置上，则只要一次就可以取出数据。一些系统对对齐要求非常严格，比如sparc系统，如果取未对齐的数据会发生错误，举个例：
　　

char ch[];

char *p = &ch[];

int i = *(int *)p;

　　
　　运行时会报segment error，而在x86上就不会出现错误，只是效率下降。

　　3.3 正确处理字节对齐

　　对于标准数据类型，它的地址只要是它的长度的整数倍就行了，而非标准数据类型按下面的原则对齐：
　　数组：按照基本数据类型对齐，第一个对齐了后面的自然也就对齐了。
　　联合：按其包含的长度最大的数据类型对齐。
　　结构体：结构体中每个数据类型都要对齐。
　　比如有如下一个结构体：
　　

struct stu{

　　 char sex;

　　 int length;

　　 char name[];

　　};

　　struct stu my_stu;

　　//内存分布图　

　由于在x86下，GCC默认按4字节对齐，它会在sex后面跟name后面分别填充三个和两个字节使length和整个结构体对齐。于是我们sizeof(my_stu)会得到长度为20，而不是15.

4. sizeof作用于类

　　C++的类与C的结构体存在着不同，但是同样会涉及到字节对齐的问题，在这方面是相同的，不同之处在于C++的类可以包含成员函数（包括虚函数），数据成员（静态成员）。因此，在sizeof作用于此时也有不同之处！

4.1 空类

　　当类中什么也不定义时，使用sizeof作用于该类会不会是零呢？

class A

{

};

sizeof(A);

　　答案是不会，结果是1。很吃惊吧，那么为什么是1呢？

　　我们简单分析一下：假设结果是0，那么我们定义类A的两个对象a, b时，a 和 b 占用的内存大小也应该是0，那么用什么来标识这两个不同的对象呢？显然没有任何办法。因此，这个假设不成立。

　　那么就算不是0，为什么是1而不是其他数值呢？例如4。不是要考虑字节对齐吗？这是因为编译器在类中增加了一个字节。字节对齐是在含有数据成员的情况下才发生的事情，因此，在空类情况下不用考虑！

4.1 虚函数内存分布

　　虚函数的内存分布被陈皓分析的很透彻，可以去看看他的这篇博客！C++ 虚函数表解析。

　　下面再来看一个例子：

class A

{

public:

    A()

    {

        cout<<"A()"<<endl;

    }

    virtual ~A()

    {

        cout<<"~A()"<<endl;

    }

};

class C

{

public:

    C(){

        cout<<"C()"<<endl;

    }

    virtual ~C() {

        cout<<"~C()"<<endl;

    }

    virtual void getvalue()

    {

        cout<<"getvalue()"<<endl;

    }

};

　　那么，sizeof(A)、sizeof(C)分别是什么呢？看懂了陈皓上面那篇博客你大概就应该知道了，带有虚函数的类需要用到虚函数表，而虚函数表只需要一个指针指向就OK了！因此，两者均为4

4.2 数据成员内存分布

　　同样，陈皓两篇文章很好地分析了对象的内存布局，分别是：C++ 对象的内存布局(上)、C++ 对象的内存布局(下)。大家可以好好看看牛逼之人是如何分析的。

　　下面仅举例子说明一下：　　

class A

{

private:

    static int i;

};

class B

{

private:

    static int i;

    static double d;

    int i1;

    double d1;

};

class C

{

public:

    static void fun()

    {

    }

};

　　那么sizeof(A) 和 sizeof(B)、sizeof(C)又是什么呢？答案分别是1、12、1。为什么呢？

　　sizeof(A)为什么不是4呢？数据成员的类型是int整形啊，怎么就之占一个字节呢？

　　这是因为，static 数据成员与成员函数都不计算入sizeof中，也就是这两种成员都是不会使得编译器在类中增加什么的。