sizeof與對象內存佈局

 

有了前面幾節的鋪墊，本節開始摸索C++的對象的內存佈局，平臺爲windows32位+VS2008。

一 內置類型的size

內置類型，直接上代碼，幫助大家加深記憶：

 

void TestBasicSizeOf()

{

   cout << __FUNCTION__ << endl;

 

   cout << " sizeof(char)= " << sizeof ( char ) << endl;

   cout << " sizeof(int)= " << sizeof ( int ) << endl;

   cout << " sizeof(float)= " << sizeof ( float ) << endl;

   cout << " sizeof(double)= " << sizeof ( double ) << endl;

 

   cout << " sizeof('$')=" << sizeof ( '$' ) << endl;

   cout << " sizeof(1)= " << sizeof ( 1 ) << endl;

   cout << " sizeof(1.5f)= " << sizeof ( 1.5f ) << endl;

   cout << " sizeof(1.5)= " << sizeof ( 1.5 ) << endl;

 

   cout << " sizeof(Good!)= " << sizeof ( "Good!" ) << endl ;

 

   char str[] = "CharArray!";

   int a[10];

   double xy[10];

   cout << " char str[] = /"CharArray!/"," << " sizeof(str)= " << sizeof (str) << endl;

   cout << " int a[10]," << " sizeof(a)= " << sizeof (a) << endl;

   cout << " double xy[10]," << " sizeof(xy)= " <<   sizeof (xy) << endl;

 

   cout << " sizeof(void*)= " << sizeof(void*) << endl;

}

運行結果如下：

 

二 struct/class的大小

在C++中我們知道struct和class的唯一區別就是默認的訪問級別不同，struct默認爲public，而class的默認爲private。所以考慮對象的大小，我們均以struct爲例。對於struct的大小對於初學者來說還確實是個難回答的問題，我們就通過下面的一個struct定義加逐步的變化來引出相關的知識。

代碼如下：

Code
struct st1
{
    short number;
    float math_grade;
    float Chinese_grade;
    float sum_grade;
    char level;
}; //20

struct st2
{
    char level;
    short number;
    float math_grade;
    float Chinese_grade;
    float sum_grade;
};//16

#pragma pack(1)
struct st3
{
    char level;
    short number;
    float math_grade;
    float Chinese_grade;
    float sum_grade;
}; //15
#pragma pack()

void TestStructSizeOf()
{
    cout << __FUNCTION__ << endl;

    cout << " sizeof(st1)= " << sizeof (st1) << endl;
    cout << " offsetof(st1,number) " << offsetof(st1,number) << endl;
    cout << " offsetof(st1,math_grade) " << offsetof(st1,math_grade) << endl;
    cout << " offsetof(st1,Chinese_grade) " << offsetof(st1,Chinese_grade) << endl;
    cout << " offsetof(st1,sum_grade) " << offsetof(st1,sum_grade) << endl;
    cout << " offsetof(st1,level) " << offsetof(st1,level) << endl;

    cout << " sizeof(st2)= " << sizeof (st2) << endl;
    cout << " offsetof(st2,level) " << offsetof(st2,level) << endl;
    cout << " offsetof(st2,number) " << offsetof(st2,number) << endl;
    cout << " offsetof(st2,math_grade) " << offsetof(st2,math_grade) << endl;
    cout << " offsetof(st2,Chinese_grade) " << offsetof(st2,Chinese_grade) << endl;
    cout << " offsetof(st2,sum_grade) " << offsetof(st2,sum_grade) << endl;

    cout << " sizeof(st3)= " << sizeof (st3) << endl;
    cout << " offsetof(st3,level) " << offsetof(st3,level) << endl;
    cout << " offsetof(st3,number) " << offsetof(st3,number) << endl;
    cout << " offsetof(st3,math_grade) " << offsetof(st3,math_grade) << endl;
    cout << " offsetof(st3,Chinese_grade) " << offsetof(st3,Chinese_grade) << endl;
    cout << " offsetof(st3,sum_grade) " << offsetof(st3,sum_grade) << endl;
}

運行結果如下;

 

基於上面的對struct的測試，我們是不是有些驚呆哦，對於C++的初學者更是情不自禁的說：“我靠！原來順序不同所佔空間都不同啊，還有那個pack是啥東東啊？”，其實這裏蘊含了一個內存對齊的問題，在計算機的底層進行內存的讀寫的時候，如果內存對齊的話可以提高讀寫效率，下面是VC的默認規則：

1) 結構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) 結構體每個成員相對於結構體首地址的偏移量（offset）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（internal adding）； 
3) 結構體的總大小爲結構體最寬基本類型成員大小的整數倍，如有需要編譯器會在最末一個成員之後加上填充字節（trailing padding）。

當然VC提供了工程選項/Zp[1|2|4|8|16]可以修改對齊方式，當然我們也可以在代碼中對部分類型實行特殊的內存對齊方式，修改方式爲#pragma pack( n )，n爲字節對齊 
數，其取值爲1、2、4、8、16，默認是8，取消修改用#pragma pack(),如果結構體某成員的sizeof大於你設置的，則按你的設置來對齊。

三 struct的嵌套

1）實例：

Code
struct A
{
    int i;
    char c;
    double d;
    short s;
}; // 24

struct B
{
    char cc;
    A a;
    int ii;
}; // 40

佈局：（使用VS的未發佈的編譯選項/d1 reportAllClassLayout 或 /d1 reportSingleClassLayout）

 

 

2）實例：

Code
#pragma pack(4)
struct A2
{
    int i;
    char c;
    double d;
    short s;
}; // 20
#pragma pack()

struct B2
{
    char cc;
    A2 a;
    int ii;
}; // 28

佈局：（使用VS的未發佈的編譯選項/d1 reportAllClassLayout 或 /d1 reportSingleClassLayout）

 

總結：

　　由於結構體的成員可以是複合類型，比如另外一個結構體，所以在尋找最寬基本類型成員時，應當包括複合類型成員的子成員，而不是把複合成員看成是一個整體。但在確定複合類型成員的偏移位置時則是將複合類型作爲整體看待。

四 空struct/class和const，static成員

實例：

Code
struct empty{}; // 1
struct constAndStatic
{
    const int i;
    static char c;
    const double d;
    static void TestStatic(){}
    void TestNoStatic(){}
}; // 16

佈局：（使用VS的未發佈的編譯選項/d1 reportAllClassLayout 或 /d1 reportSingleClassLayout）

 

 

上面的實例中empty的大小爲1，而constAndStatic的大小爲16。

總結：

因爲static成員和函數其實是類層次的，不在對象中分配空間，而成員函數其實是被編譯爲全局函數了，所以也不在對象中。

五 本節完，下次探討虛函數對內存佈局的影響！

感謝，Thanks！

作者：iTech
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