sizeof()簡介

1、30 May 2012 sizeof() 簡介關(guān)于內(nèi)存對齊：對于n字節(jié)的元素（n=2、4、8.）， 它的首地址能被n整除才能獲得最好的性能！ sizeof是運(yùn)算符，可用于任何變量名、類型名或常量值，當(dāng)用于變量名（不是數(shù)組名）或常量時(shí)，它不需要用圓括號。 它在編譯時(shí)起作用，而不是運(yùn)行時(shí)。這是初學(xué)者問得最多的一個(gè)問題，所以這里有必要多費(fèi)點(diǎn)筆墨。讓我們先看一個(gè)結(jié)構(gòu)體：struct S1char c;int i;問sizeof(s1)等于多少聰明的你開始思考了，char占1個(gè)字節(jié)，int占4個(gè)字節(jié)，那么加起來就應(yīng)該是5。是這樣嗎你在你機(jī)器上試過了嗎也許你是對的，但很可能你是錯(cuò)的！VC6中按默認(rèn)設(shè)置得到

2、的結(jié)果為8。Why為什么受傷的總是我請不要沮喪，我們來好好琢磨一下sizeof的定義sizeof的結(jié)果等于對象或者類型所占的內(nèi)存字節(jié)數(shù)，好吧，那就讓我們來看看S1的內(nèi)存分配情況：S1 s1 = 'a', 0xFFFFFFFF ;定義上面的變量后，加上斷點(diǎn)，運(yùn)行程序，觀察s1所在的內(nèi)存，你發(fā)現(xiàn)了什么以我的VC6.0為例，s1的地址為0x0012FF78，其數(shù)據(jù)內(nèi)容如下：0012FF78: 61 CC CC CC FF FF FF FF發(fā)現(xiàn)了什么怎么中間夾雜了3個(gè)字節(jié)的CC看看MSDN上的說明：When applied to a structure type or variable

3、, sizeof returns the actual size, which may include padding bytes inserted for alignment.原來如此，這就是傳說中的字節(jié)對齊啊！一個(gè)重要的話題出現(xiàn)了。為什么需要字節(jié)對齊計(jì)算機(jī)組成原理教導(dǎo)我們這樣有助于加快計(jì)算機(jī)的取數(shù)速度，否則就得多花指令周期了。為此，編譯器默認(rèn)會對結(jié)構(gòu)體進(jìn)行處理（實(shí)際上其它地方的數(shù)據(jù)變量也是如此），讓寬度為2的基本數(shù)據(jù)類型（short等）都位于能被2整除的地址上，讓寬度為4的基本數(shù)據(jù)類型（int等）都位于能被 4整除的地址上，以此類推。這樣，兩個(gè)數(shù)中間就可能需要加入填充字節(jié)，所以整個(gè)結(jié)構(gòu)體的

4、sizeof值就增長了。讓我們交換一下S1中char與int的位置：struct S2int i;char c;看看sizeof(S2)的結(jié)果為多少，怎么還是8再看看內(nèi)存，原來成員c后面仍然有3個(gè)填充字節(jié)，這又是為什么啊別著急，下面總結(jié)規(guī)律。字節(jié)對齊的細(xì)節(jié)和編譯器實(shí)現(xiàn)相關(guān)，但一般而言，滿足三個(gè)準(zhǔn)則：1) 結(jié)構(gòu)體變量的首地址能夠被其最寬基本類型成員的大小所整除；2) 結(jié)構(gòu)體每個(gè)成員相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量（offset）都是成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會在成員之間加上填充字節(jié)（internal adding）；3) 結(jié)構(gòu)體的總大小為結(jié)構(gòu)體最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會在最末

5、一個(gè)成員之后加上填充字節(jié)（trailing padding）。1) 前面不是說結(jié)構(gòu)體成員的地址是其大小的整數(shù)倍，怎么又說到偏移量了呢因?yàn)橛辛说?點(diǎn)存在，所以我們就可以只考慮成員的偏移量，這樣思考起來簡單。想想為什么。結(jié)構(gòu)體某個(gè)成員相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量可以通過宏offsetof()來獲得，這個(gè)宏也在stddef.h中定義，如下：#define offsetof(s,m) (size_t)&(s *)0)->m)例如，想要獲得S2中c的偏移量，方法為size_t pos = offsetof(S2, c);/ pos等于42) 基本類型是指前面提到的像char、short、in

6、t、float、double這樣的內(nèi)置數(shù)據(jù)類型，這里所說的“數(shù)據(jù)寬度”就是指其sizeof的大小。由于結(jié)構(gòu)體的成員可以是復(fù)合類型，比如另外一個(gè)結(jié)構(gòu)體，所以在尋找最寬基本類型成員時(shí)，應(yīng)當(dāng)包括復(fù)合類型成員的子成員，而不是把復(fù)合成員看成是一個(gè)整體。但在確定復(fù)合類型成員的偏移位置時(shí)則是將復(fù)合類型作為整體看待。這里敘述起來有點(diǎn)拗口，思考起來也有點(diǎn)撓頭，還是讓我們看看例子吧（具體數(shù)值仍以VC6為例，以后不再說明）：struct S3char c1;S1 s;char c2;S1的最寬簡單成員的類型為int，S3在考慮最寬簡單類型成員時(shí)是將S1“打散”看的，所以S3的最寬簡單類型為int，這樣，通過S3定義

7、的變量，其存儲空間首地址需要被4整除，整個(gè)sizeof(S3)的值也應(yīng)該被4整除。c1的偏移量為0，s的偏移量呢這時(shí)s是一個(gè)整體，它作為結(jié)構(gòu)體變量也滿足前面三個(gè)準(zhǔn)則，所以其大小為8，偏移量為4，c1與s之間便需要3個(gè)填充字節(jié)，而c2與s之間就不需要了，所以c2的偏移量為12，算上c2的大小為13，13是不能被4整除的，這樣末尾還得補(bǔ)上3個(gè)填充字節(jié)。最后得到 sizeof(S3)的值為16。通過上面的敘述，我們可以得到一個(gè)公式：結(jié)構(gòu)體的大小等于最后一個(gè)成員的偏移量加上其大小再加上末尾的填充字節(jié)數(shù)目，即：sizeof( struct ) = offsetof( last item ) + size

8、of( last item ) + sizeof( trailing padding )到這里，朋友們應(yīng)該對結(jié)構(gòu)體的sizeof有了一個(gè)全新的認(rèn)識，但不要高興得太早，有一個(gè)影響sizeof的重要參量還未被提及，那便是編譯器的 pack指令。它是用來調(diào)整結(jié)構(gòu)體對齊方式的，不同編譯器名稱和用法略有不同，VC6中通過#pragma pack實(shí)現(xiàn)，也可以直接修改/Zp編譯開關(guān)。#pragma pack的基本用法為：#pragma pack( n )，n為字節(jié)對齊數(shù)，其取值為1、2、4、8、16，默認(rèn)是8，如果這個(gè)值比結(jié)構(gòu)體成員的sizeof值小，那么該成員的偏移量應(yīng)該以此值為準(zhǔn)，即是說，結(jié)構(gòu)體成員的偏

9、移量應(yīng)該取二者的最小值，公式如下：offsetof( item ) = min( n, sizeof( item ) )再看示例：#pragma pack(push) / 將當(dāng)前pack設(shè)置壓棧保存#pragma pack(2) / 必須在結(jié)構(gòu)體定義之前使用struct S1char c;int i;struct S3char c1;S1 s;char c2;#pragma pack(pop) / 恢復(fù)先前的pack設(shè)置計(jì)算sizeof(S1)時(shí)，min(2, sizeof(i)的值為2，所以i的偏移量為2，加上sizeof(i)等于6，能夠被2整除，所以整個(gè)S1的大小為6。同樣，對于size

10、of(S3)，s的偏移量為2，c2的偏移量為8，再加上sizeof(c2)=1結(jié)果為9，不能被2整除，添加一個(gè)填充字節(jié)，所以sizeof(S3)等于10。現(xiàn)在，朋友們可以輕松的出一口氣了，:)還有一點(diǎn)要注意，“空結(jié)構(gòu)體”（不含數(shù)據(jù)成員）的大小不為0，而是1。試想一個(gè)“不占空間”的變量如何被取地址、兩個(gè)不同的“空結(jié)構(gòu)體”變量又如何得以區(qū)分呢于是，“空結(jié)構(gòu)體”變量也得被存儲，這樣編譯器也就只能為其分配一個(gè)字節(jié)的空間用于占位了。如下：struct S5 ;sizeof( S5 ); / 結(jié)果為1第一個(gè)例子： char* ss = "0123456789"sizeof(ss) 結(jié)果

11、 4 ss是指向字符串常量的字符指針sizeof(*ss) 結(jié)果 1 *ss是第一個(gè)字符char ss = "0123456789"sizeof(ss) 結(jié)果 11 ss是數(shù)組，計(jì)算到0位置，因此是101sizeof(*ss) 結(jié)果 1 *ss是第一個(gè)字符char ss100 = "0123456789"sizeof(ss) 結(jié)果是100 ss表示在內(nèi)存中的大小 100×1int ss100 = "0123456789"sizeof(ss) 結(jié)果 400 ss表示再內(nèi)存中的大小 100×4char q="

12、abc"char p="an"sizeof(q),sizeof(p),strlen(q),strlen(p);結(jié)果是 4 3 3 2第二個(gè)例子：class Xint i;int j;char k;X x;cout<<sizeof(X)<<endl; 結(jié)果 12 內(nèi)存補(bǔ)齊cout<<sizeof(x)<<endl; 結(jié)果 12 同上-sizeof()和strlen()區(qū)別：#include <iostream.h>#include <string>void main()char cha10=&#

13、39;a','b','c','d'cout<<"chasz:"<<cha<<endl;cout<<"strlen:"<<strlen(cha)<<endl;cha2='0'cout<<"sizeof:"<<sizeof(cha)<<endl;cout<<"strlen2:"<<strlen(cha)<<

14、endl;運(yùn)行結(jié)果：chasz:abcdstrlen:4sizeof:10strlen2:2Press any key to continue位域：補(bǔ)充：使用位域的主要目的是壓縮存儲，其大致規(guī)則為： 1) 如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小于類型的sizeof大小，則后面的字段將緊鄰前一個(gè)字段存儲，直到不能容納為止； 2) 如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大于類型的sizeof大小，則后面的字段將從新的存儲單元開始，其偏移量為其類型大小的整數(shù)倍； 3) 如果相鄰的位域字段的類型不同，則各編譯器的具體實(shí)現(xiàn)有差異，VC6采取不壓縮方式，Dev-C+采取壓縮方式； 4) 如果位域字段

15、之間穿插著非位域字段，則不進(jìn)行壓縮； 5) 整個(gè)結(jié)構(gòu)體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍。還是讓我們來看看例子。 示例1：struct BF1char f1 : 3;char f2 : 4;char f3 : 5;其內(nèi)存布局為： |_f1_|_f2_|_|_f3_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|0 3 7 8 1316位域類型為char，第1個(gè)字節(jié)僅能容納下f1和f2，所以f2被壓縮到第1個(gè)字節(jié)中，而f3只能從下一個(gè)字節(jié)開始。因此sizeof(BF1)的結(jié)果為2。 示例2：struct BF2char f1 : 3;short f2 : 4;char

16、f3 : 5;由于相鄰位域類型不同，在VC6中其sizeof為6，在Dev-C+中為2。 示例3：struct BF3char f1 : 3;char f2;char f3 : 5;非位域字段穿插在其中，不會產(chǎn)生壓縮，在VC6和Dev-C+中得到的大小均為3。9. 聯(lián)合體的sizeof結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存組織上是順序式的，聯(lián)合體則是重疊式，各成員共享一段內(nèi)存，所以整個(gè)聯(lián)合體的sizeof也就是每個(gè)成員sizeof的最大值。結(jié)構(gòu)體的成員也可以是復(fù)合類型，這里，復(fù)合類型成員是被作為整體考慮的。所以，下面例子中，U的sizeof值等于sizeof(s)。union Uint i;char c;S1 s;1.

17、 數(shù)據(jù)類型自身的對齊值：對于char型數(shù)據(jù)，其自身對齊值為1，對于short型為2，對于int,float類型，其自身對齊值為4，單位字節(jié)。2.結(jié)構(gòu)體或者類的自身對齊值：其成員中自身對齊值最大的那個(gè)值。3.指定對齊值：#pragma pack (value)時(shí)的指定對齊值value。4.數(shù)據(jù)成員、結(jié)構(gòu)體和類的有效對齊值：自身對齊值和指定對齊值中小的那個(gè)值。為什么要對齊？現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中內(nèi)存空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對任何類型的變量的訪問可以從任何地址開始，但實(shí)際情況是在訪問特定類型變量的時(shí)候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問，這就需要各種類型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序的一個(gè)接一個(gè)的排放，這就是對齊。對齊的作用和原因：各個(gè)硬件平臺對存儲空間的處理上有很大的不同。一些平臺對某些特定類型的 數(shù)據(jù)只能從某些特定地址開始存取。比如有些架構(gòu)的CPU在訪問一個(gè)