C++ sizeof 使用规则及陷阱分析【转】

摘要：鉴于sizeof为各大软件公司笔试、面试必考题，现收集sizeof的各种用法，尽量做到全面理解，其中例子希望能举一反三。提示：下文例子都经过Visual C++ 6.0验证，平台为win32 Windows. 如在其他平台或编译器上运行有不同结果，请自行查看原因。

欢迎转载，转载请注明出处，谢谢.

目录

一、什么是sizeof

二、sizeof用法

三、基本数据类型的sizeof

四、复杂数据类型的sizeof及其数据对齐问题

五、class类型的sizeof特别探讨

六、总结

一、什么是sizeof
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：

1 cout<<sizeof(int)<<endl;
// 32位机上int长度为4

2 cout<<sizeof(1==2)<<endl;
// == 操作符返回bool类型，相当于 cout<<sizeof(bool)<<endl;

3

在编译阶段已经被翻译为：

1 cout<<4<<endl;

2 cout<<1<<endl;

这里有个陷阱，看下面的程序：

1 int a
= 0;

2 cout<<sizeof(a=3)<<endl;

3 cout<<a<<endl;

输出为什么是4，0而不是期望中的4，3？？？就在于sizeof在编译阶段处理的特性。由于sizeof不能被编译成机器码，所以sizeof作用范围内，也就是()里面的内容也不能被编译，而是被替换成类型。=操作符返回左操作数的类型，所以a=3相当于int，而代码也被替换为：
int a = 0;

cout<<4<<endl;

cout<<a<<endl;

1 cout <<
sizeof("abcd")
<< endl;//5

"abcd"返回是字符串类型

所以，sizeof是不可能支持链式表达式的，这也是和一元操作符不一样的地方。
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。
二、sizeof的用法
sizeof有两种用法：



（1）sizeof(object) 或 sizeof object

也就是对对象使用sizeof，也可以写成sizeof object 的形式。例如：
（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：

1 int i
= 2;

2 cout<<sizeof(i)<<endl;
// sizeof(object)的用法，合理

3 cout<<sizeof i<<endl;
// sizeof object的用法，合理

4 cout<<sizeof
2<<endl;
// 2被解析成int类型的object, sizeof object的用法，合理

5 cout<<sizeof(2)<<endl;
// 2被解析成int类型的object, sizeof(object)的用法，合理

6 cout<<sizeof(int)<<endl;//
sizeof(typename)的用法，合理

7 cout<<sizeof
int<<endl;
// 错误！对于操作符，一定要加()

可以看出，加()是永远正确的选择。
结论：不论sizeof要对谁取值，最好都加上()。

三、基本数据类型的sizeof
（1）C++内置数据类型
32位C++中的基本数据类型，

	bool	char	short int(short)	int	long int(long)	float	double	long double
sizeof	1	1	2	4	4	4	8	10

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：

1 cout<<sizeof(unsigned
int) ==
sizeof(int)<<endl;
// 相等，输出 1

unsigned影响的只是最高位bit的意义，数据长度不会被改变的。
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：

1 typedef short WORD;

2 typedef
long DWORD;

3 cout<<(sizeof(short)
== sizeof(WORD))<<endl;
// 相等，输出1

4 cout<<(sizeof(long)
== sizeof(DWORD))<<endl;
// 相等，输出1

结论：自定义类型的sizeof取值等同于它的类型原形。
（3）函数类型
考虑下面的问题：

1 int f1(){return
0;};

2 double f2(){return
0.0;}

3 void f3(){}

4

5 cout<<sizeof(f1())<<endl;
// f1()返回值为int，因此被认为是int

6 cout<<sizeof(f2())<<endl;
// f2()返回值为double，因此被认为是double

7 cout<<sizeof(f3())<<endl;
// 错误！无法对void类型使用sizeof

8 cout<<sizeof(f1)<<endl;
// 错误！无法对函数指针使用sizeof

9 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

10

结论：对函数使用sizeof，在编译阶段会被函数返回值的类型取代
（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
可以看到，不管是什么类型的指针，大小都是4的，因为指针就是32位的物理地址。
结论：只要是指针，大小就是4。（64位机上要变成8也不一定）。
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：

1 char a[]
= "abcdef";

2 char b[]
= {'a',
'b',
'c',
'd',
'e',
'f'};

3 int c[20]
= {3,
4};

4 char d[2][3]
= {"aa",
"bb"};

5

6

7 cout<<sizeof(a)<<endl;
// 7, 表示字符串

8 cout<<sizeof(b)<<endl;
// 6， 仅表示字符数组

9 cout<<sizeof(c)<<endl;
// 80

10 cout<<sizeof(d)<<endl;
// 611

1 cout <<
sizeof(*a)
<< endl;//1

2 cout
<< sizeof(*b)
<< endl;//1

3 cout
<< sizeof(*c)
<< endl;//4

4 cout
<< sizeof(*d)
<< endl;//3

特别如果字符数组表示字符串的话，数组末自动插入的'\0'，在sizeof时不能遗漏
数组a的大小在定义时未指定，编译时给它分配的空间是按照初始化的值确定的，也就是7。c是多维数组，占用的空间大小是各维数的乘积，也就是6。可以看出，数组的大小就是他在编译时被分配的空间，也就是各维数的乘积*数组元素的大小。
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：

1 int
*d =
new int[10];

2

3 cout<<sizeof(d)<<endl;
// 4

d是我们常说的动态数组，但是他实质上还是一个指针，所以sizeof(d)的值是4。
再分析下面的多维数组问题：

1 double* (*a)[3][6];

2

3 cout<<sizeof(a)<<endl;
// 4

4 cout<<sizeof(*a)<<endl;
// 72

5 cout<<sizeof(**a)<<endl;
// 24

6 cout<<sizeof(***a)<<endl;
// 4

7 cout<<sizeof(****a)<<endl;
// 8

很费解的多维数组定义，改用typedef定义如下：

1 typedef (double
*) ArrType [3][6];

2 ArrType
* a;

现在是不是很清晰了？（关于typedef用法的探讨，请见文章)

1

typedef (double
*) ArrType [3][6]；

2

ArrType
* a;

3


4

cout
<< sizeof(a)
<< endl;//4

5

cout
<< sizeof(*a)
<< endl;// double * [3][6] : 3*6*sizeof(double *) = 72

6

cout
<< sizeof(**a)
<< endl;// double * [6] : 6*sizeof(double *) = 24

7

cout
<< sizeof(***a)
<< endl;// sizeof(double *) = 4

8

cout
<< sizeof(****a)
<< endl;// sizeof(double) = 8

a是一个很奇怪的定义，他表示一个指向 double*[3][6]类型数组的指针，此3×6数组中存储的是指向double的指针。既然是指针，所以sizeof(a)就是4
既然a是指向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。

**a表示一个double*[6]类型的数组，所以sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24。

***a就表示其中的第一个元素，也就是double*了，所以sizeof(***a)=4。

****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：

1 #include <iostream>

2 using
namespace std;

3

4 int Sum(int i[])

5 {

6 int sumofi
= 0;

7 for (int j
= 0; j
< sizeof(i)/sizeof(int);
j++)
//实际上，sizeof(i) = 4

8 {

9 sumofi
+= i[j];

10 }

11 return sumofi;

12 }

13

14 int main()

15 {

16 int allAges[6]
= {21,
22,
22, 19,
34,
12};

17 cout<<Sum(allAges)<<endl;

18 system("pause");

19 return
0;

20 }

21

22

Sum的本意是用sizeof得到数组的大小，然后求和。但是实际上，传入自函数Sum的，只是一个int 类型的指针，所以sizeof(i)=4，而不是24，所以会产生错误的结果。解决这个问题的方法使是用指针或者引用。
使用指针的情况：

1 int Sum(int (*i)[6])

2 {

3 int sumofi
= 0;

4 for (int j
= 0; j
< sizeof(*i)/sizeof(int);
j++)
//sizeof(*i) = 24

5 {

6 sumofi
+= (*i)[j];

7 }

8 return sumofi;

9 }

10

11 int main()

12 {

13 int allAges[]
= {21,
22,
22, 19,
34,
12};

14 cout<<Sum(&allAges)<<endl;

15 system("pause");

16 return
0;

17 }

18

19

在这个Sum里，i是一个指向i[6]类型的指针，注意，这里不能用int Sum(int (*i)[])声明函数，而是必须指明要传入的数组的大小，不然sizeof(*i)无法计算。但是在这种情况下，再通过sizeof来计算数组大小已经没有意义了，因为此时大小是指定为6的。

使用引用的情况和指针相似：

1 int Sum(int (&i)[6])

2 {

3 int sumofi
= 0;

4 for (int j
= 0; j
< sizeof(i)/sizeof(int);
j++)

5 {

6 sumofi
+= i[j];

7 }

8 return sumofi;

9 }

10

11 int main()

12 {

13 int allAges[]
= {21,
22,
22, 19,
34,
12};

14 cout<<Sum(allAges)<<endl;

15 system("pause");

16 return
0;

17 }

18

这种情况下sizeof的计算同样无意义，所以用数组做参数，而且需要遍历的时候，函数应该有一个参数来说明数组的大小，而数组的大小在数组定义的作用域内通过sizeof求值。因此上面的函数正确形式应该是：

1 #include <iostream>

2 using
namespace std;

3

4 int Sum(int
*i, unsigned
int n)

5 {

6 int sumofi
= 0;

7 for (int j
= 0; j
< n; j++)

8 {

9 sumofi
+= i[j];

10 }

11 return sumofi;

12 }

13

14 int main()

15 {

16 int allAges[]
= {21,
22,
22, 19,
34,
12};

17 cout<<Sum(i,
sizeof(allAges)/sizeof(int))<<endl;

18 system("pause");

19 return
0;

20 }

21

22

（7）、C风格字符串与C++风格字符串类(String)的sizeof和strlen
考虑下面的问题：

1 #include <string>

2 using
namespace std;

3

4 char a[]
= "abcdef";

5 char b[20]
= "abcdef";

6 string s
= "abcdef";

7

8 cout<<strlen(a)<<endl;
// 6，字符串长度

9 cout<<sizeof(a)<<endl;
// 7，字符串容量

10 cout<<strlen(b)<<endl;
// 6，字符串长度

11 cout<<sizeof(b)<<endl;
// 20，字符串容量

12 //cout<<strlen(s)<<endl;
// 错误！s不是一个字符指针。

13 cout<<sizeof(s)<<endl;
// 16, 这里不代表字符串的长度，而是string类的大小

14

15 a[1]
= '\0';

16 cout<<strlen(a)<<endl;
// 1

17 cout<<sizeof(a)<<endl;
// 7，sizeof是恒定的,因为是前面已经固定分配过7个单元，虽然现在字符串变为空串

18

记住：String是class类型。（关于class类型的sizeof请参见第五节)

strlen是寻找从指定地址开始，到出现的第一个0之间的字符个数，他是在运行阶段执行的，而sizeof是得到数据的大小，在这里是得到字符串的容量。所以对同一个对象而言，sizeof的值是恒定的。string是C++类型的字符串，他是一个类，所以sizeof(s)表示的并不是字符串的长度，而是类string的大小。strlen(s)根本就是错误的，因为strlen的参数是一个字符指针，如果想用strlen得到s字符串的长度，应该使用sizeof(s.c_str())，因为string的成员函数c_str()返回的是字符串的首地址。实际上，string类提供了自己的成员函数来得到字符串的容量和长度，分别是Capacity()和Length()。string封装了常用了字符串操作，所以在C++开发过程中，最好使用string代替C类型的字符串。

STL中的String类：

string的sizeof和平台相关的，string类最简单的可以近似认为是包含两个数据成员：char *指针成员( 表示字符数组)和 int成员(表示字符串长度)。但是事实上并不是这样定义的,可能还有其他数据成员，如编译器插入指针vptr等。因此根据不同的实现，可以查看String类的定义中如何定义。比如在我现在机器上，sizeof(string) = 16
四、复杂数据类型中sizeof及其数据对齐问题

（1）、union的sizeof问题与cpu的对界
考虑下面问题：（默认对齐方式）

1 union u //8对齐

2 {

3 double a;

4 int b;

5 };

6

7 union u2 //4对齐

8 {

9 char a[13];

10
int b;

11 };

12

13 union u3 //1对齐

14 {

15
char a[13];

16
char b;

17 };

18

19 cout<<sizeof(u)<<endl;
// 8

20 cout<<sizeof(u2)<<endl;
// 16

21 cout<<sizeof(u3)<<endl;
// 13

都知道union的大小取决于它所有的成员中，占用空间最大的一个成员的大小。所以对于u来说，大小就是最大的double类型成员a了，所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是对于u2和u3，最大的空间都是char[13]类型的数组，为什么u3的大小是13，而u2是16呢？关键在于u2中的成员int b。由于int类型成员的存在，使u2的对齐方式变成4(4字节对齐)，也就是说，u2的大小必须在4的对界上，所以占用的空间变成了16（最接近13的对界）。
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。

编译器对界：

首先解释下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。

通过程序可以改变编译器对界，使用#pragma pack(x)宏可以改变编译器的对界方式，默认是8。

编译器对界与实际对界判决原则：

C++固有类型的对界取编译器对界方式（默认或指定)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：

1 #pragma pack(2)

2 union u2

3 {

4 char a[13];

5 int b;

6 };

7

8 union u3

9 {

10
char a[13];

11
char b;

12 };

13 #pragma pack(8)

14

15 cout<<sizeof(u2)<<endl;
// 14

16 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。

（2）、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)

1 struct s1

2 {

3 char a;

4 double b;

5 int c;

6 char d;

7 };

8

9 struct s2

10 {

11
char a;

12
char d;

13
int c;

14
double b;

15 };

16

17 cout<<sizeof(s1)<<endl;
// 24

18 cout<<sizeof(s2)<<endl;
// 16



这里数据对齐与struct中元素的顺序相关. 上面例子中只是改变了struct中成员的定义顺序

同样是两个char类型，一个int类型，一个double类型，但是因为对界问题，导致他们的大小不同。

计算结构体大小可以采用元素摆放法，我举例子说明一下：首先，CPU判断结构体的对界，根据上一节的结论，s1和s2的对界都取最大的元素类型，也就是double类型的对界8。然后开始摆放每个元素。

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。



总结：这里计算sizeof既要考虑数据对齐(整体上最大元素的size对齐，满足之后还要满足struct中其他元素的对齐)，又要考虑最节约存储空间的原则。
（3）、嵌套struct类定义中的sizeof

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：

1 struct s1

2 {

3 char a[8];

4 };

5

6 struct s2

7 {

8 double d;

9 };

10

11 struct s3

12 {

13 s1 s;

14
char a;

15 };

16

17 struct s4 //s1为1对齐，大小为8

18 {

19

20 s1 s;

21
double d;

22 };

23

24 struct s5

25 {

26 s2 s;

27
char a;

28 };

29

30

31

32 cout
<< sizeof(s1)
<< endl;
// 8

33 cout
<< sizeof(s2)
<< endl;
// 8

34 cout
<< sizeof(s3)
<< endl;
// 9

35 cout
<< sizeof(s4)
<< endl;
// 16

36 cout
<< sizeof(s5)
<<endl;
//16

再考虑：

1 struct s1

2 {

3 char a[9];

4 };

5

6 struct s2

7 {

8 double d;

9 };

10

11 struct s3

12 {

13 s1 s;

14
char a;

15 };

16

17 struct s4 //s1为1对齐，大小为9

18 {

19

20 s1 s;

21
double d;

22 };

23

24 struct s5

25 {

26 s2 s;

27
char a;

28 };

29

30

31

32 cout
<< sizeof(s1)
<< endl;
// 9

33 cout
<< sizeof(s2)
<< endl;
// 8

34 cout
<< sizeof(s3)
<< endl;
// 10

35 cout
<< sizeof(s4)
<< endl;
// 24

36 cout
<< sizeof(s5)
<<endl;
//16

s1和s2大小虽然都是8，但是s1的对齐方式是1，s2是8（double），所以在s3和s4中才有这样的差异。
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。
（4）、位域结构体中的对齐问题。



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：

1 struct s1

2 {

3 int i:
8;

4 int j:
4;

5 double b;

6 int a:3;

7 };

8

9 struct s2

10 {

11
int i;

12
int j;

13
double b;

14
int a;

15 };

16

17 struct s3

18 {

19
int i;

20
int j;

21
int a;

22
double b;

23 };

24

25 struct s4

26 {

27
int i: 8;

28
int j: 4;

29
int a:3;

30
double b;

31 };

32

33 struct s4

34 {

35
double b;

36
int i: 8;

37
int j: 4;

38
int a:3;

39 };

40

41 cout<<sizeof(s1)<<endl;
// 24

42 cout<<sizeof(s2)<<endl;
// 24

43 cout<<sizeof(s3)<<endl;
// 24

44 cout<<sizeof(s4)<<endl;
// 16

45 cout<<sizeof(s5)<<endl;
// 16

可以看到，有double存在会干涉到位域（sizeof的算法参考上一节），所以使用位域的的时候，最好把float类型和double类型放在程序的开始或者最后。不要让double干扰你的位域

五、类class 中的sizeof特别探讨



写在前面，本节假设你看过《Inside the C++ Object Model》,如果没有，最好了解类与对象在内存中map问题

这里引用《Inside the C++ Object Model》中的对象模型的内存镜像图：

（一）不考虑继承关系（单继承、多继承、虚继承等）

（1）不带virtual函数时



空类：

1 class A

2 {

3

4 };

5

6 cout
<< sizeof(A)
<< endl;
// 1

空类总是返回1

1 class B {

2
private :

3
int value;

4
double a;

5
public:

6

7 };

8

9 cout
<< sizeof(B)
<< endl;
//16

和struct一样，也要考虑对齐问题，以及成员的顺序

因为成员函数不会分配空间，所以sizeof时只计算数据成员的大小



（2）带virtual函数时

单继承情况下，只要class中存在virtual函数，编译器在编译时就会自动插入一个指向虚函数表的指针vptr(大小为4字节). 不同的编译器vptr插入的位置可能不同，VC编译器插入vptr的位置一般是数据成员开始。

下例在MinGW Develper Studio2.05(gcc)下编译，VC 6.0编译器下结果为24 24， 我不太理解为什么...

1 class A

2 {

3 public:

4
virtual void foo() {}

5 private:

6
int m1;

7
double m2;

8 };

9

10 class B

11 {

12 public:

13
virtual void foo() {}

14 private:

15
double m2;

16
int m1;

17 };

18

19

20 cout
<< sizeof(A)
<< endl;
// 16

21 cout
<< sizeof(B)
<< endl;
// 24

（3）带static成员时

1 class A {

2
private :

3
int value;

4
double a;

5
static int CST;

6
public:

7 };

8

9 cout
<< sizeof(A)
<< endl;
//16

因为static成员是分配在全局区为类的所有对象共享（VC编译器可能为了方便将其放入文字常量表), sizeof时不应该计入sttic成员

（二）继承关系下

（1）单继承情况下

总体上讲, 派生类中需要考虑基类子类型（subtype）的问题，派生对象要考虑基类子对象的问题。

1 class A

2 {

3 public:

4

5 private:

6
int m1;

7
double m2;

8 };

9

10 class B :
public A

11 {

12 public:

13

14 private:

15
int m3;

16 };

17

18 cout
<< sizeof(A)
<< endl;
// 16

19 cout
<< sizeof(B)
<< endl;
// 24

同样，要考虑陷阱：基类对齐字节不等于大小，如下例：

1 class A

2 {

3 public:

4

5 private:

6
char m1[8];

7

8 };

9

10 class B :
public A

11 {

12 public:

13

14 private:

15
char m3;

16 };

17

18 cout
<< sizeof(A)
<< endl;
// 8

19 cout
<< sizeof(B)
<< endl;
// 9

1 class A

2 {

3 public:

4

5 private:

6
char m1[9];

7

8 };

9

10 class B :
public A

11 {

12 public:

13

14 private:

15
int m3;

16 };

17

18 cout
<< sizeof(A)
<< endl;
// 9

19 cout
<< sizeof(B)
<< endl;
// 16

同样道理，如果一直继承下去，考虑的问题同上。有虚函数不要忘记vptr指针