C++ sizeof 使用规则及陷阱分析
2010-03-30 10:55
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首先看一下sizeof在msdn上的定义:
The sizeof keyword gives the amount of storage, in bytes, associated with a variable or a type (including aggregate types). This keyword returns a value of type size_t.
看到return这个字眼,是不是想到了函数?错了, sizeof不是一个函数,你见过给一个函数传参数,而不加括号的吗?sizeof可以,所以sizeof不是函数。网上有人说sizeof是一元操作 符,但是我并不这么认为,因为sizeof更像一个特殊的宏,它是在编译阶段求值的。举个例子:
cout<<sizeof(int)<<endl; // 32位机上int长度为4 cout<<sizeof(1==2)<<endl; // == 操作符返回bool类型,相当于 cout<<sizeof(bool)<<endl; |
cout<<4<<endl; cout<<1<<endl; |
int a = 0; cout<<sizeof(a=3)<<endl; cout<<a<<endl; |
int a = 0; cout<<4<<endl; cout<<a<<endl; |
结论:不要把sizeof当成函数,也不要看作一元操作符,把他当成一个特殊的编译预处理。
2、sizeof的用法
sizeof有两种用法:
(1)sizeof(object)
也就是对对象使用sizeof,也可以写成sizeof object 的形式。
(2)sizeof(typename)
也就是对类型使用sizeof,注意这种情况下写成sizeof typename是非法的。下面举几个例子说明一下:
int i = 2; cout<<sizeof(i)<<endl; // sizeof(object)的用法,合理 cout<<sizeof i<<endl; // sizeof object的用法,合理 cout<<sizeof 2<<endl; // 2被解析成int类型的object, sizeof object的用法,合理 cout<<sizeof(2)<<endl; // 2被解析成int类型的object, sizeof(object)的用法,合理 cout<<sizeof(int)<<endl;// sizeof(typename)的用法,合理 cout<<sizeof int<<endl; // 错误!对于操作符,一定要加() |
结论:不论sizeof要对谁取值,最好都加上()。
3、数据类型的sizeof
(1)C++固有数据类型
32位C++中的基本数据类型,也就char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double
大小分别是:1,2,4,4,4,8, 10。
考虑下面的代码:
cout<<sizeof(unsigned int) == sizeof(int)<<endl; // 相等,输出 1 |
结论:unsigned不能影响sizeof的取值。
(2)自定义数据类型
typedef可以用来定义C++自定义类型。考虑下面的问题:
typedef short WORD; typedef long DWORD; cout<<(sizeof(short) == sizeof(WORD))<<endl; // 相等,输出1 cout<<(sizeof(long) == sizeof(DWORD))<<endl; // 相等,输出1 |
(3)函数类型
考虑下面的问题:
int f1(){return 0;}; double f2(){return 0.0;} void f3(){} cout<<sizeof(f1())<<endl; // f1()返回值为int,因此被认为是int cout<<sizeof(f2())<<endl; // f2()返回值为double,因此被认为是double cout<<sizeof(f3())<<endl; // 错误!无法对void类型使用sizeof cout<<sizeof(f1)<<endl; // 错误!无法对函数指针使用sizeof cout<<sizeof*f2<<endl; // *f2,和f2()等价,因为可以看作object,所以括号不是必要的。被认为是double |
4、指针问题
考虑下面问题:
cout<<sizeof(string*)<<endl; // 4 cout<<sizeof(int*)<<endl; // 4 cout<<sizof(char****)<<endl; // 4 |
结论:只要是指针,大小就是4。(64位机上要变成8也不一定)。
顺便唧唧歪歪几句,C++中的指针表示实际内存的地址。和C不一样的是,C++中取消了模式之分,也就是不再有small,middle,big,取而 代之的是统一的flat。flat模式采用32位实地址寻址,而不再是c中的 segment:offset模式。举个例子,假如有一个指向地址 f000:8888的指针,如果是C类型则是8888(16位, 只存储位移,省略段),far类型的C指针是f0008888(32位,高位保留段地址,地位保留位移),C++类型的指针是f8888(32位,相当于 段地址*16 + 位移,但寻址范围要更大)。
5、数组问题
考虑下面问题:
char a[] = "abcdef"; int b[20] = {3, 4}; char c[2][3] = {"aa", "bb"}; cout<<sizeof(a)<<endl; // 7 cout<<sizeof(b)<<endl; // 20*4 cout<<sizeof(c)<<endl; // 6 |
结论:数组的大小是各维数的乘积*数组元素的大小。
这里有一个陷阱:
int *d = new int[10]; cout<<sizeof(d)<<endl; // 4 |
再考虑下面的问题:
double* (*a)[3][6]; cout<<sizeof(a)<<endl; // 4 cout<<sizeof(*a)<<endl; // 72 cout<<sizeof(**a)<<endl; // 24 cout<<sizeof(***a)<<endl; // 4 cout<<sizeof(****a)<<endl; // 8 |
既然a是执行double*[3][6]类型的指针,*a就表示一个double*[3][6]的多维数组类型,因此sizeof(*a)= 3*6*sizeof(double*)=72。同样的,**a表示一个double*[6]类型的数组,所以sizeof(**a)=6*sizeof (double*)=24。***a就表示其中的一个元素,也就是double*了,所以sizeof(***a)=4。至于****a,就是一个 double了,所以sizeof(****a)=sizeof(double)=8。
6、向函数传递数组的问题
考虑下面的问题:
#include <iostream> using namespace std; int Sum(int i[]) { int sumofi = 0; for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) //实际上,sizeof(i) = 4 { sumofi += i[j]; } return sumofi; } int main() { int allAges[6] = {21, 22, 22, 19, 34, 12}; cout<<Sum(allAges)<<endl; system("pause"); return 0; } |
使用指针的情况:
int Sum(int (*i)[6]) { int sumofi = 0; for (int j = 0; j < sizeof(*i)/sizeof(int); j++) //sizeof(*i) = 24 { sumofi += (*i)[j]; } return sumofi; } int main() { int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12}; cout<<Sum(&allAges)<<endl; system("pause"); return 0; } |
使用引用的情况和指针相似:
int Sum(int (&i)[6]) { int sumofi = 0; for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) { sumofi += i[j]; } return sumofi; } int main() { int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12}; cout<<Sum(allAges)<<endl; system("pause"); return 0; } |
#include <iostream> using namespace std; int Sum(int *i, unsigned int n) { int sumofi = 0; for (int j = 0; j < n; j++) { sumofi += i[j]; } return sumofi; } int main() { int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12}; cout<<Sum(i, sizeof(allAges)/sizeof(int))<<endl; system("pause"); return 0; } |
考虑下面的问题:
char a[] = "abcdef"; char b[20] = "abcdef"; string s = "abcdef"; cout<<strlen(a)<<endl; // 6,字符串长度 cout<<sizeof(a)<<endl; // 7,字符串容量 cout<<strlen(b)<<endl; // 6,字符串长度 cout<<strlen(b)<<endl; // 20,字符串容量 cout<<sizeof(s)<<endl; // 12, 这里不代表字符串的长度,而是string类的大小 cout<<strlen(s)<<endl; // 错误!s不是一个字符指针。 a[1] = '/0'; cout<<strlen(a)<<endl; // 1 cout<<sizeof(a)<<endl; // 7,sizeof是恒定的 |
我注:关于sizeof(string),好像不同的实现返回的结果不一样:
DevCPP:4
VS2005:32
8、从union的sizeof问题看cpu的对界
考虑下面问题:(默认对齐方式)
union u { double a; int b; }; union u2 { char a[13]; int b; }; union u3 { char a[13]; char b; }; cout<<sizeof(u)<<endl; // 8 cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16 cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13 |
结论:复合数据类型,如union,struct,class的对齐方式为成员中对齐方式最大的成员的对齐方式。
顺便提一下CPU对界问题,32的C++采用8位对界来提高运行速度,所以编译器会尽量把数据放在它的对界上以提高内存命中率。对界是可以更改的,使用 #pragma pack(x)宏可以改变编译器的对界方式,默认是8。C++固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。例如,指定编译器按2对界,int 类型的大小是4,则int的对界为2和4中较小的2。在默认的对界方式下,因为几乎所有的数据类型都不大于默认的对界方式8(除了long double),所以所有的固有类型的对界方式可以认为就是类型自身的大小。更改一下上面的程序:
#pragma pack(2)
union u2
{
char a[13];
int b;
};
union u3
{
char a[13];
char b;
};
#pragma pack(8)
cout<<sizeof(u2)<<endl; // 14
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13
由于手动更改对界方式为2,所以int的对界也变成了2,u2的对界取成员中最大的对界,也是2了,所以此时sizeof(u2)=14。
结论:C++固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。
9、struct的sizeof问题
因为对齐问题使结构体的sizeof变得比较复杂,看下面的例子:(默认对齐方式下)
struct s1 { char a; double b; int c; char d; }; struct s2 { char a; char b; int c; double d; }; cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24 cout<<sizeof(s2)<<endl; // 16 |
对于s1,首先把a放到8的对界,假定是0,此时下一个空闲的地址是1,但是下一个元素d是double类型,要放到8的对界 上,离1最接近的地址是8了,所以d被放在了8,此时下一个空闲地址变成了16,下一个元素c的对界是4,16可以满足,所以c放在了16,此时下一个空 闲地址变成了20,下一个元素d需要对界1,也正好落在对界上,所以d放在了20,结构体在地址21处结束。由于s1的大小需要是8的倍数,所以21- 23的空间被保留,s1的大小变成了24。
对于s2,首先把a放到8的对界,假定是0,此时下一个空闲地址是1,下一个元素的对界也 是1,所以b摆放在1,下一个空闲地址变成了2;下一个元素c的对界是4,所以取离2最近的地址4摆放c,下一个空闲地址变成了8,下一个元素d的对界是 8,所以d摆放在8,所有元素摆放完毕,结构体在15处结束,占用总空间为16,正好是8的倍数。
这里有个陷阱,对于结构体中的结构体成员,不要认为它的对齐方式就是他的大小,看下面的例子:
struct s1 { char a[8]; }; struct s2 { double d; }; struct s3 { s1 s; char a; }; struct s4 { s2 s; char a; }; cout<<sizeof(s1)<<endl; // 8 cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8 cout<<sizeof(s3)<<endl; // 9 cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16; |
所以,在自己定义结构体的时候,如果空间紧张的话,最好考虑对齐因素来排列结构体里的元素。
10、不要让double干扰你的位域
在结构体和类中,可以使用位域来规定某个成员所能占用的空间,所以使用位域能在一定程度上节省结构体占用的空间。不过考虑下面的代码:
struct s1 { int i: 8; int j: 4; double b; int a:3; }; struct s2 { int i; int j; double b; int a; }; struct s3 { int i; int j; int a; double b; }; struct s4 { int i: 8; int j: 4; int a:3; double b; }; cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24 cout<<sizeof(s2)<<endl; // 24 cout<<sizeof(s3)<<endl; // 24 cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16 |
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