C++中sizeof的作用是什么

這篇文章給大家分享的是有關C++中sizeof的作用是什么的內容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧。

sizeof作用于基本數據類型，在特定的平臺和特定的編譯器中，結果是確定的，如果使用sizeof計算構造類型：結構體、聯合體和類的大小時，情況稍微復雜一些。

1.sizeof計算結構體

考察如下代碼：

struct S1
{
char c;
int i;
};
cout<<”sizeof(S1)=”<<sizeof(S1)<<endl;

sizeof(S1)結果是8，并不是想象中的sizeof(char)+sizeof(int)=5。這是因為結構體或類成員變量具有不同類型時，需進行成員變量的對齊。《計算機組成原理》一書中說明，對齊的目的是減少訪存指令周期，提高CPU存儲速度。

1.1內存對齊原則

（1）結構體變量的首地址能夠被其最寬基本成員類型大小所整除；

（2）結構體每個成員相對于結構體首地址的偏移量都是成員大小的整數倍，如有需要編譯器會在成員之間加上填充字節；

（3）結構體的總大小為結構體最寬基本成員類型大小的整數倍，如有需要編譯器會在最末一個成員之后加上填充字節。

有了以上三個內存對齊的原則，就可以輕松應對嵌套結構體類型的內存對齊。如下：

struct S2
{
char c1;
S1 s;
char c2;
};

在尋找S2的最寬基本數據類型時，包括其嵌套的結構體中的成員，從S1中尋找出最寬結構體數據類型是int，因此S2的最寬數據類型是int。S1 s在結構體S2中的對齊也遵守前三個準則，因此sizeof(S2)=sizeof(char)+pad(3)+sizeof(S1)+1+pad(3)=1+3+8+1+3=16字節，其中pad(3)表示填充3個字節。

結構體某個成員相對于結構體首地址的偏移量可以通過宏offsetof()來獲得，這個宏也在stddef.h中定義，如下：

#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)

例如獲得S1中的偏移量，方法為

size_t pos = offsetof(S1, i); //pos等于4

1.2修改對齊方式

1.2.1#pragma pack

#pragma pack(n)中n為字節對齊數，其取值為1、2、4、8、16，默認是8。結構體對齊時，

（1）成員的偏移量為成員本身大小和n二者最小值的整數倍；
（2）結構體最終大小是結構體中最寬基本類型成員大小和n二者中的最小值的整數倍。

考察如下代碼：

#pragma pack(push) //將當前pack設置壓棧保存
#pragma pack(2) //必須在結構體定義之前使用
struct S1
{
char c;
int i;
};
struct S2
{
char c1;
S1 s;
char c2
};
#pragma pack(pop) // 恢復先前的pack設置

//或者
#pragma pack(2)
...
#pragma pack()

因此，sizeof(S2)=sizeof(char)+pad(1)+sizeof(S1)+1+pad(1)=1+1+6+1=10字節。

注意，#pragma pack不能指定變量的存儲地址，變量的首地址默認為最大基本成員類型大小的整數倍。

1.2.2__declspec(align(#))

VC++支持__declspec(align(#))，在GNU C++并不支持。#的取值為1~8192，為2的冪。使用示例如下：

__declspec(align(256)) struct TestSize
{
char a;
int i;
};
cout<<sizeof(TestSize)<<endl; //輸出256

__declspec(align(#))要求#為2的整數次冪，作用主要有兩個方面：
（1）使結構體或類成員按#pragma pack確定內存布局之后，在末尾填充內存使得整個對象的大小至少是#的整數倍。
（2）作用于變量時，強制要求編譯器將變量放置在地址是#整數倍的內存位置上。這點在調用原生API等要求嚴格對齊的方法時十分重要。

1.3空結構體

C/C++中不允許長度為0的數據類型存在。對于“空結構體”（不含數據成員）的大小不為0，而是1。“空結構體”變量也得被存儲，這樣編譯器也就只能為其分配一個字節的空間用于占位了。如下：

struct S3 { };
sizeof(S3); // 結果為1

1.4位域結構體

有些信息在存儲時，并不需要占用一個完整的字節， 而只需占一個或多個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1 兩種狀態， 用一位即可表示。為了節省存儲空間，并使處理簡便，Ｃ語言又提供了一種數據結構，稱為”位域”或”位段”。包含位域變量的結構體叫作位域結構體。位域結構體的定義形式：

struct 位域結構體名
{ 
類型說明符 位域名:位域長度;
...
};

注意，位域長度不應該大于該類型說明符對應的數據類型的位長度。
使用位域的主要目的是壓縮存儲，其大致規則為：

（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倍；
（3）如果相鄰位域字段的類型不同，則各編譯器的具體實現有差異，VC++采取不壓縮方式，GNU C++采取壓縮方式；
（4）如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進行壓縮；
（5）整個結構體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數倍；
（6）位域可以無位域名，這時它只用作填充或調整位置，不能使用。例如：

struct BitFiledStruct
{ 
int a:1;
int :2; //該2位不能使用
int b:3;
int c:2;
};

關于位域結構體的sizeof大小，考察如下代碼：

#include <iostream>
using namespace std;

struct BFS1
{
char f1 : 3;
char f2 : 4;
char f3 : 5;
};
struct BFS2
{
char f1 : 3;
int i : 4;
char f2 : 5;
};
struct BFS3
{
char f1 : 3;
char f2;
char f3 : 5;
};

int main()
{
cout<<sizeof(BFS1)<<endl;
cout<<sizeof(BFS2)<<endl;
cout<<sizeof(BFS3)<<endl;
}

運行上面的程序，VC++和GNU C++輸出結果如下：

//VC++輸出結果
2
12
3

//GNU C++輸出結果
2
4
3

考察以上代碼，得出：

（1）sizeof(BFS1)==2。當相鄰位域類型不同，在VC++中sizeof（BFS2）=1+pad(3)+4+1+pad(3)=12，采用不壓縮方式，位域變量i的偏移量需要是4的倍數，并且位域結構體BFS2的總大小必須是sizeof(int)的整數倍。在GNU C++中為sizeof(BFS2)=4，相鄰的位域字段的類型不同時，采取了壓縮存儲，位域變量i緊隨位域變量f1的剩余位進行存儲，位域變量f2同樣是緊隨位域變量i的剩余位進行存儲，并且位域結構體BFS2的總大小必須是sizeof(int)的整數倍，所以最終結果sizeof(BFS2)=1+pad(3)=4。

（2）sizeof(BFS3)==3，當非位域字段穿插在其中，不會產生壓縮，在VC++和GNU C++中得到的大小均為3，如果壓縮存儲，則sizeof(BFS3)==2。

2.sizeof計算共用體

結構體在內存組織上是順序式的，共用體則是重疊式，各成員共享一段內存，所以整個共用體的sizeof也就是每個成員sizeof的最大值。結構體的成員也可以是構造類型，這里，構造類型成員是被作為整體考慮的。所以，下面例子中，假設sizeof(s)的值大于sizeof(i)和sizeof(c),那么sizeof(U)等于sizeof(s)。

union U
{
int i;
char c;
S1 s;
};

3.sizeof計算類

類是C++中常用的自定義構造類型，有數據成員和成員函數組成，進行sizeof計算時，和結構體并沒有太大的區別。考察如下代碼：

#include <iostream>
using namespace std;

class Small{};

class LessFunc
{
int num;
void func1(){};
};

class MoreFunc
{
int num;
void func1(){};
int func2(){return 1;};
};

class NeedAlign
{
char c;
double d;
int i;
};

class Virtual
{
int num;
virtual void func(){};
};

int main(int argc,char* argv[])
{
cout<<sizeof(Small)<<endl; //輸出1
cout<<sizeof(LessFunc)<<endl;//輸出4
cout<<sizeof(MoreFunc)<<endl;//輸出4
cout<<sizeof(NeedAlign)<<endl;//輸出24
cout<<sizeof(Virtual)<<endl; //輸出8
return 0;
}

注意一點，C++中類同結構體沒有本質的區別，結構體同樣可以包含成員函數，構造函數，析構函數，虛函數和繼承，但一般不這么使用，沿用了C的結構體使用習慣。類與結構體唯一的區別就是結構體的成員的默認權限是public，而類是private。

基于以上這點，再考察從程序的輸出結果，得出如下結論：

（1）類同結構體一樣，C++中不允許長度為0的數據類型存在，雖然類無任何成員，但該類的對象仍然占用1個字節。
（2）類的成員函數并不影響類對象占用的空間，類對象的大小是由它數據成員決定的。
（3）類和結構體一樣，同樣需要對齊，具體對齊的規則見上文結構體的內存對齊。
（4）類如果包含虛函數，編譯器會在類對象中插入一個指向虛函數表的指針，以幫助實現虛函數的動態調用。

所以，該類的對象的大小至少比不包含虛函數時多4個字節。如果考慮內存對齊，可能還要多些。如果使用數據成員之間的對齊，當類對象至少包含一個數據成員，且擁有虛函數，那么該對象的大小至少是8B，讀者可自行推導。

感謝各位的閱讀！關于C++中sizeof的作用是什么就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，讓大家可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！