1 、什么是 sizeof

? 首先看一下 sizeof 在 msdn 上的定義：

? 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 這個(gè)字眼，是不是想到了函數(shù)？錯(cuò)了， sizeof 不是一個(gè)函數(shù)，你見過給一個(gè)函數(shù)傳參數(shù)，而不加括號(hào)的嗎？ sizeof 可以，所以 sizeof 不是函數(shù)。網(wǎng)上有人說 sizeof 是一元操作符，但是我并不這么認(rèn)為，因?yàn)?/span> sizeof 更像一個(gè)特殊的宏，它是在編譯階段求值的。舉個(gè)例子：

cout<<sizeof(int)<<endl; // 32 位機(jī)上 int 長(zhǎng)度為 4
cout<<sizeof(1==2)<<endl; // == 操作符返回 bool 類型，相當(dāng)于 cout<<sizeof(bool)<<endl;

? 在編譯階段已經(jīng)被翻譯為：

cout<<4<<endl;
cout<<1<<endl;

? 這里有個(gè)陷阱，看下面的程序：

int a = 0;
cout<<sizeof(a=3)<<endl;
cout<<a<<endl;

? 輸出為什么是 4 ， 0 而不是期望中的 4 ， 3 ？？？就在于 sizeof 在編譯階段處理的特性。由于 sizeof 不能被編譯成機(jī)器碼，所以 sizeof 作用范圍內(nèi)，也就是 () 里面的內(nèi)容也不能被編譯，而是被替換成類型。 = 操作符返回左操作數(shù)的類型，所以 a=3 相當(dāng)于 int ，而代碼也被替換為：

int a = 0;
cout<<4<<endl;
cout<<a<<endl;

? 所以， sizeof 是不可能支持鏈?zhǔn)奖磉_(dá)式的，這也是和一元操作符不一樣的地方。

? 結(jié)論：不要把 sizeof 當(dāng)成函數(shù)，也不要看作一元操作符，把他當(dāng)成一個(gè)特殊的編譯預(yù)處理。

2 、 sizeof 的用法

? sizeof 有兩種用法：

? （ 1 ） sizeof(object)
? 也就是對(duì)對(duì)象使用 sizeof ，也可以寫成 sizeof object 的形式。例如：

? （ 2 ） sizeof(typename)
? 也就是對(duì)類型使用 sizeof ，注意這種情況下寫成 sizeof typename 是非法的。下面舉幾個(gè)例子說明一下：


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 類型的 object, sizeof object 的用法，合理
cout<<sizeof(2)<<endl; // 2 被解析成 int 類型的 object, sizeof(object) 的用法，合理
cout<<sizeof(int)<<endl;// sizeof(typename) 的用法，合理
cout<<sizeof int<<endl; // 錯(cuò)誤！對(duì)于操作符，一定要加 ()

? 可以看出，加 () 是永遠(yuǎn)正確的選擇。

? 結(jié)論：不論 sizeof 要對(duì)誰取值，最好都加上 () 。


3 、數(shù)據(jù)類型的 sizeof

（ 1 ） C++ 固有數(shù)據(jù)類型

? 32 位 C++ 中的基本數(shù)據(jù)類型，也就 char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double
大小分別是： 1 ， 2 ， 4 ， 4 ， 4 ， 8, 10 。

? 考慮下面的代碼：

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

? unsigned 影響的只是最高位 bit 的意義，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不會(huì)被改變的。

? 結(jié)論： unsigned 不能影響 sizeof 的取值。

（ 2 ）自定義數(shù)據(jù)類型

? typedef 可以用來定義 C++ 自定義類型。考慮下面的問題：

typedef short WORD;
typedef long DWORD;
cout<<(sizeof(short) == sizeof(WORD))<<endl; // 相等，輸出 1
cout<<(sizeof(long) == sizeof(DWORD))<<endl; // 相等，輸出 1

? 結(jié)論：自定義類型的 sizeof 取值等同于它的類型原形。

（ 3 ）函數(shù)類型

? 考慮下面的問題：

int f1(){return 0;};
double f2(){return 0.0;}
void f3(){}

cout<<sizeof(f1())<<endl; // f1() 返回值為 int ，因此被認(rèn)為是 int
cout<<sizeof(f2())<<endl; // f2() 返回值為 double ，因此被認(rèn)為是 double
cout<<sizeof(f3())<<endl; // 錯(cuò)誤！無法對(duì) void 類型使用 sizeof
cout<<sizeof(f1)<<endl; // 錯(cuò)誤！無法對(duì)函數(shù)指針使用 sizeof ?
cout<<sizeof*f2<<endl; // *f2 ，和 f2() 等價(jià)，因?yàn)榭梢钥醋?/span> object ，所以括號(hào)不是必要的。被認(rèn)為是 double

? 結(jié)論：對(duì)函數(shù)使用 sizeof ，在編譯階段會(huì)被函數(shù)返回值的類型取代，

4 、指針問題

? 考慮下面問題：

cout<<sizeof(string*)<<endl; // 4
cout<<sizeof(int*)<<endl; // 4
cout<<sizof(char****)<<endl; // 4

? 可以看到，不管是什么類型的指針，大小都是 4 的，因?yàn)橹羔樉褪?/span> 32 位的物理地址。

? 結(jié)論：只要是指針，大小就是 4 。（ 64 位機(jī)上要變成 8 也不一定）。

? 順便唧唧歪歪幾句， C++ 中的指針表示實(shí)際內(nèi)存的地址。和 C 不一樣的是， C++ 中取消了模式之分，也就是不再有 small,middle,big, 取而代之的是統(tǒng)一的 flat 。 flat 模式采用 32 位實(shí)地址尋址，而不再是 c 中的 segment:offset 模式。舉個(gè)例子，假如有一個(gè)指向地址 f000:8888 的指針，如果是 C 類型則是 8888(16 位 , 只存儲(chǔ)位移，省略段 ) ， far 類型的 C 指針是 f0008888(32 位，高位保留段地址，地位保留位移 ),C++ 類型的指針是 f8888(32 位，相當(dāng)于段地址 *16 + 位移，但尋址范圍要更大 ) 。

5 、數(shù)組問題

? 考慮下面問題：

char a[] = "abcdef";
int b[20] = {3, 4};
char c[2][3] = {"aa", "bb"};


cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
cout<<sizeof(b)<<endl; // 20
cout<<sizeof(c)<<endl; // 6


? 數(shù)組 a 的大小在定義時(shí)未指定，編譯時(shí)給它分配的空間是按照初始化的值確定的，也就是 7 。 c 是多維數(shù)組，占用的空間大小是各維數(shù)的乘積，也就是 6 。可以看出，數(shù)組的大小就是他在編譯時(shí)被分配的空間，也就是各維數(shù)的乘積 * 數(shù)組元素的大小。

? 結(jié)論：數(shù)組的大小是各維數(shù)的乘積 * 數(shù)組元素的大小。

? 這里有一個(gè)陷阱：

int *d = new int[10];

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

? d 是我們常說的動(dòng)態(tài)數(shù)組，但是他實(shí)質(zhì)上還是一個(gè)指針，所以 sizeof(d) 的值是 4 。

? 再考慮下面的問題：

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

? a 是一個(gè)很奇怪的定義，他表示一個(gè)指向 double*[3][6] 類型數(shù)組的指針。既然是指針，所以 sizeof(a) 就是 4 。

? 既然 a 是執(zhí)行 double*[3][6] 類型的指針， *a 就表示一個(gè) double*[3][6] 的多維數(shù)組類型，因此 sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72 。同樣的， **a 表示一個(gè) double*[6] 類型的數(shù)組，所以 sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24 。 ***a 就表示其中的一個(gè)元素，也就是 double* 了，所以 sizeof(***a)=4 。至于 ****a ，就是一個(gè) double 了，所以 sizeof(****a)=sizeof(double)=8 。

6 、向函數(shù)傳遞數(shù)組的問題。

? 考慮下面的問題：
#include <iostream>
using namespace std;

int Sum(int i[])
{
int sumofi = 0;
for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) // 實(shí)際上， 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;
}

? Sum 的本意是用 sizeof 得到數(shù)組的大小，然后求和。但是實(shí)際上，傳入自函數(shù) Sum 的，只是一個(gè) int 類型的指針，所以 sizeof(i)=4 ，而不是 24 ，所以會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。解決這個(gè)問題的方法使是用指針或者引用。

? 使用指針的情況：
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;
}
? 在這個(gè) Sum 里， i 是一個(gè)指向 i[6] 類型的指針，注意，這里不能用 int Sum(int (*i)[]) 聲明函數(shù)，而是必須指明要傳入的數(shù)組的大小，不然 sizeof(*i) 無法計(jì)算。但是在這種情況下，再通過 sizeof 來計(jì)算數(shù)組大小已經(jīng)沒有意義了，因?yàn)榇藭r(shí)大小是指定為 6 的。
使用引用的情況和指針相似：

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;
}
? 這種情況下 sizeof 的計(jì)算同樣無意義，所以用數(shù)組做參數(shù)，而且需要遍歷的時(shí)候，函數(shù)應(yīng)該有一個(gè)參數(shù)來說明數(shù)組的大小，而數(shù)組的大小在數(shù)組定義的作用域內(nèi)通過 sizeof 求值。因此上面的函數(shù)正確形式應(yīng)該是：
#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;
}

7 、字符串的 sizeof 和 strlen

? 考慮下面的問題：

char a[] = "abcdef";
char b[20] = "abcdef";
string s = "abcdef";

cout<<strlen(a)<<endl; // 6 ，字符串長(zhǎng)度
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7 ，字符串容量
cout<<strlen(b)<<endl; // 6 ，字符串長(zhǎng)度
cout<<strlen(b)<<endl; // 20 ，字符串容量
cout<<sizeof(s)<<endl; // 12, 這里不代表字符串的長(zhǎng)度，而是 string 類的大小
cout<<strlen(s)<<endl; // 錯(cuò)誤！ s 不是一個(gè)字符指針。

a[1] = '\0';
cout<<strlen(a)<<endl; // 1
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7 ， sizeof 是恒定的


? strlen 是尋找從指定地址開始，到出現(xiàn)的第一個(gè) 0 之間的字符個(gè)數(shù)，他是在運(yùn)行階段執(zhí)行的，而 sizeof 是得到數(shù)據(jù)的大小，在這里是得到字符串的容量。所以對(duì)同一個(gè)對(duì)象而言， sizeof 的值是恒定的。 string 是 C++ 類型的字符串，他是一個(gè)類，所以 sizeof(s) 表示的并不是字符串的長(zhǎng)度，而是類 string 的大小。 strlen(s) 根本就是錯(cuò)誤的，因?yàn)?/span> strlen 的參數(shù)是一個(gè)字符指針，如果想用 strlen 得到 s 字符串的長(zhǎng)度，應(yīng)該使用 sizeof(s.c_str()) ，因?yàn)?/span> string 的成員函數(shù) c_str() 返回的是字符串的首地址。實(shí)際上， string 類提供了自己的成員函數(shù)來得到字符串的容量和長(zhǎng)度，分別是 Capacity() 和 Length() 。 string 封裝了常用了字符串操作，所以在 C++ 開發(fā)過程中，最好使用 string 代替 C 類型的字符串。


8 、從 union 的 sizeof 問題看 cpu 的對(duì)界

? 考慮下面問題：（默認(rèn)對(duì)齊方式）

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

? 都知道 union 的大小取決于它所有的成員中，占用空間最大的一個(gè)成員的大小。所以對(duì)于 u 來說，大小就是最大的 double 類型成員 a 了，所以 sizeof(u)=sizeof(double)=8 。但是對(duì)于 u2 和 u3 ，最大的空間都是 char[13] 類型的數(shù)組，為什么 u3 的大小是 13 ，而 u2 是 16 呢？關(guān)鍵在于 u2 中的成員 int b 。由于 int 類型成員的存在，使 u2 的對(duì)齊方式變成 4 ，也就是說， u2 的大小必須在 4 的對(duì)界上，所以占用的空間變成了 16 （最接近 13 的對(duì)界）。

? 結(jié)論：復(fù)合數(shù)據(jù)類型，如 union ， struct ， class 的對(duì)齊方式為成員中對(duì)齊方式最大的成員的對(duì)齊方式。

? 順便提一下 CPU 對(duì)界問題， 32 的 C++ 采用 8 位對(duì)界來提高運(yùn)行速度，所以編譯器會(huì)盡量把數(shù)據(jù)放在它的對(duì)界上以提高內(nèi)存命中率。對(duì)界是可以更改的，使用 #pragma pack(x) 宏可以改變編譯器的對(duì)界方式，默認(rèn)是 8 。 C++ 固有類型的對(duì)界取編譯器對(duì)界方式與自身大小中較小的一個(gè)。例如，指定編譯器按 2 對(duì)界， int 類型的大小是 4 ，則 int 的對(duì)界為 2 和 4 中較小的 2 。在默認(rèn)的對(duì)界方式下，因?yàn)閹缀跛械臄?shù)據(jù)類型都不大于默認(rèn)的對(duì)界方式 8 （除了 long double ），所以所有的固有類型的對(duì)界方式可以認(rèn)為就是類型自身的大小。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

? 由于手動(dòng)更改對(duì)界方式為 2 ，所以 int 的對(duì)界也變成了 2 ， u2 的對(duì)界取成員中最大的對(duì)界，也是 2 了，所以此時(shí) sizeof(u2)=14 。

? 結(jié)論： C++ 固有類型的對(duì)界取編譯器對(duì)界方式與自身大小中較小的一個(gè)。

9 、 struct 的 sizeof 問題

? 因?yàn)閷?duì)齊問題使結(jié)構(gòu)體的 sizeof 變得比較復(fù)雜，看下面的例子： ( 默認(rèn)對(duì)齊方式下 )

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

? 同樣是兩個(gè) char 類型，一個(gè) int 類型，一個(gè) double 類型，但是因?yàn)閷?duì)界問題，導(dǎo)致他們的大小不同。計(jì)算結(jié)構(gòu)體大小可以采用元素?cái)[放法，我舉例子說明一下：首先， CPU 判斷結(jié)構(gòu)體的對(duì)界，根據(jù)上一節(jié)的結(jié)論， s1 和 s2 的對(duì)界都取最大的元素類型，也就是 double 類型的對(duì)界 8 。然后開始擺放每個(gè)元素。
? 對(duì)于 s1 ，首先把 a 放到 8 的對(duì)界，假定是 0 ，此時(shí)下一個(gè)空閑的地址是 1 ，但是下一個(gè)元素 d 是 double 類型，要放到 8 的對(duì)界上，離 1 最接近的地址是 8 了，所以 d 被放在了 8 ，此時(shí)下一個(gè)空閑地址變成了 16 ，下一個(gè)元素 c 的對(duì)界是 4 ， 16 可以滿足，所以 c 放在了 16 ，此時(shí)下一個(gè)空閑地址變成了 20 ，下一個(gè)元素 d 需要對(duì)界 1 ，也正好落在對(duì)界上，所以 d 放在了 20 ，結(jié)構(gòu)體在地址 21 處結(jié)束。由于 s1 的大小需要是 8 的倍數(shù)，所以 21-23 的空間被保留， s1 的大小變成了 24 。
? 對(duì)于 s2 ，首先把 a 放到 8 的對(duì)界，假定是 0 ，此時(shí)下一個(gè)空閑地址是 1 ，下一個(gè)元素的對(duì)界也是 1 ，所以 b 擺放在 1 ，下一個(gè)空閑地址變成了 2 ；下一個(gè)元素 c 的對(duì)界是 4 ，所以取離 2 最近的地址 4 擺放 c ，下一個(gè)空閑地址變成了 8 ，下一個(gè)元素 d 的對(duì)界是 8 ，所以 d 擺放在 8 ，所有元素?cái)[放完畢，結(jié)構(gòu)體在 15 處結(jié)束，占用總空間為 16 ，正好是 8 的倍數(shù)。

? 這里有個(gè)陷阱，對(duì)于結(jié)構(gòu)體中的結(jié)構(gòu)體成員，不要認(rèn)為它的對(duì)齊方式就是他的大小，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;

? s1 和 s2 大小雖然都是 8 ，但是 s1 的對(duì)齊方式是 1 ， s2 是 8 （ double ），所以在 s3 和 s4 中才有這樣的差異。

? 所以，在自己定義結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，如果空間緊張的話，最好考慮對(duì)齊因素來排列結(jié)構(gòu)體里的元素。

10 、不要讓 double 干擾你的位域

? 在結(jié)構(gòu)體和類中，可以使用位域來規(guī)定某個(gè)成員所能占用的空間，所以使用位域能在一定程度上節(jié)省結(jié)構(gòu)體占用的空間。不過考慮下面的代碼：

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

? 可以看到，有 double 存在會(huì)干涉到位域（ sizeof 的算法參考上一節(jié)），所以使用位域的的時(shí)候，最好把 float 類型和 double 類型放在程序的開始或者最后。

? 第一次寫東西，發(fā)現(xiàn)自己的表達(dá)能力太差了，知道的東西講不出來，講出來的東西別人也看不懂，呵呵。另外， C99 標(biāo)準(zhǔn)的 sizeof 已經(jīng)可以工作在運(yùn)行時(shí)了，打算最近找個(gè)支持 C99 的編譯器研究一下。