sizeof 操作符詳解

1、定義
sizeof是C語言的一種單目操作符,它並不是函數。sizeof操作符以字節形式給出了其操作數所佔存儲空間的大小。
操作數可以是一個表達式或括在括號內的類型名。操作數所佔存儲空間的大小由操作數的類型決定。作用就是返回
一個對象或者類型所佔的內存字節數。

2、語法
<pre name="code" class="cpp">sizeof有如下三種語法形式:
(1) sizeof( object ); // sizeof( 對象 );
(2) sizeof( type_name ); // sizeof( 類型 );
(3) sizeof object; // sizeof 對象;
所以,
int i;
sizeof( i );    // ok
sizeof i;       // ok
sizeof( int );  // ok
sizeof int;     // error





實際上,sizeof計算對象的大小也是轉換成對對象類型的計算,也就是說,同種類型的不同對象其sizeof值都是一

致的。這裏,對象可以進一步延伸至表達式,即sizeof可以對一個表達式求值,編譯器根據表達式的最終結果類型

來確定大小,一般不會對錶達式進行計算。

如:
      sizeof(2);  //2的類型爲int,所以等價於 sizeof( int );
      sizeof( 2 + 3.14 ); // 3.14的類型爲double,2也會被提升成double類型,所以等價於 sizeof( double );

      sizeof也可以對一個函數調用求值,其結果是函數返回類型的大小,函數並不會被調用,我們來看一個完整的

例子:

<pre name="code" class="cpp">char foo()
{
   printf("foo() has been called.\n");
   return 'a';
}
int main()
{
   sz = sizeof( foo() );
  /*foo() 的返回值類型爲char,所以sz = sizeof(char ),foo()並不會被調*/
  printf("sizeof( foo() ) = %d\n", sz);
}





C99標準規定,函數、不能確定類型的表達式以及位域(bit-field)成員不能被計算sizeof值,即sizeof操作符不能

用於函數類型,不完全類型或位字段。不完全類型指具有未知存儲大小的數據類型,如未知存儲大小的數組類型、未

知內容的結構或聯合類型、void類型等。下面這些寫法都是錯誤的:

<pre name="code" class="cpp">sizeof( foo );  // error
void foo2() { }
sizeof( foo2() );  // error
struct S
{
    unsigned int f1 : 1;  // error 屬於位字段
    unsigned int f2 : 5;
    unsigned int f3 : 12;
};
sizeof( S.f1 );  // error




3、sizeof的常量性
sizeof的計算髮生在編譯時刻,所以它可以被當作常量表達式使用,如:
char ary[ sizeof( int ) * 10 ]; // ok
最新的C99標準規定sizeof也可以在運行時刻進行計算,如下面的程序在Dev-C++中可以正確執行:
int n;
n = 10; // n動態賦值
char ary[n]; // C99也支持數組的動態定義
printf("%d\n", sizeof(ary)); // ok. 輸出10

但在沒有完全實現C99標準的編譯器中就行不通了,上面的代碼在VC6中就通不過編譯。所以我們最好還

是認爲sizeof是在編譯期執行的,這樣不會帶來錯誤,讓程序的可移植性強些。


4、基本數據類型的sizeof

這裏的基本數據類型指short、int、long、float、double這樣的簡單內置數據類型,由於它們都是和系

統相關的,所以在不同的系統下取值可能不同,這務必引起我們的注意,儘量不要在這方面給自己程序的

移植造成麻煩.一般的,在32位編譯環境中,sizeof(int)的取值爲4。


5、指針變量的sizeof

指針是來存放地址的,那麼sizeof指針變量當然等於計算機內部地址總線的寬度。所以在32位計算機中,

一個指針變量的返回值必定是4(注意結果是以字節爲單位),可以預計,在將來的64位系統中指針變量

的sizeof結果爲8。

char* pc = "abc";
sizeof( pc );  // 結果爲4


6、數組的sizeof
數組的sizeof值等於數組所佔用的內存字節數,如:
char a1[] = "abc";
int a2[3];
sizeof( a1 ); // 結果爲4,字符末尾還存在一個NULL終止符
sizeof( a2 ); // 結果爲3*4=12(依賴於int)

寫到這裏,提一問,下面的c3,c4值應該是多少呢?
<pre name="code" class="cpp">void foo3(char a3[3])
{
    int c3 = sizeof( a3 ); // c3 ==
}
void foo4(char a4[])
{
    int c4 = sizeof( a4 ); // c4 ==
}




這裏函數參數a3已不再是數組類型,而是蛻變成指針,相當於char* a3,爲什麼?仔細想想就不難明白,

我們調用函數foo3時,程序會在棧上分配一個大小爲3的數組嗎不會!數組是“傳址”的,調用者只需將

實參的地址傳遞過去,所以a3自然爲指針類型(char*),c3的值也就爲4。



7、結構體的sizeof
這是初學者問得最多的一個問題,所以這裏有必要多費點筆墨。讓我們先看一個結構體
<pre name="code" class="cpp">struct S1
{
    char c;
    int i;
};




問sizeof(s1)等於多少聰明的你開始思考了,char佔1個字節,int佔4個字節,那麼加起來就應該是5。

是這樣嗎?你在你機器上試過了嗎?也許你是對的,但很可能你是錯的!VC6中按默認設置得到的結

果爲8。這是因爲結構體遵循字節對齊原則,爲什麼需要字節對齊?計算機組成原理教導我們這樣有

於加快計算機的取數速度,否則就得多花指令週期了。爲此,編譯器默認會對結構體進行處理(實際

上其它地方的數據變量也是如此),讓寬度爲2的基本數據類型(short等)都位於能被2整除的地址上,

讓寬度爲4的基本數據類型(int等)都位於能被4整除的地址上,以此類推。這樣,兩個數中間就可能

需要加入填充字節,所以整個結構體的sizeof值就增長了。


字節對齊的細節和編譯器實現相關,但一般而言,滿足三個準則:
(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;

(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。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。

這裏敘述起來有點拗口,思考起來也有點撓頭,還是讓我們看看例子吧:
<pre name="code" class="cpp">struct S3
{
   char c1;
   S1 s;
   char c2
};





S1的最寬簡單成員的類型爲int,S3在考慮最寬簡單類型成員時是將S1“打散”看的,所以S3的最寬簡單

類型爲int,這樣,通過S3定義的變量,其存儲空間首地址需要被4整除,整個sizeof(S3)的值也應該被4整

除。sizeof(S3)的值爲16。到這裏,朋友們應該對結構體的sizeof有了一個全新的認識,但不要高興得太早,

有一個影響sizeof的重要參量還未被提及,那便是編譯器的pack指令。它是用來調整結構體對齊方式的,

不同編譯器名稱和用法略有不同,VC6中通過#pragma pack實現,也可以直接修改/Zp編譯開關。

#pragma pack的基本用法爲:#pragma pack( n ),n爲字節對齊數,其取值爲1、2、4、8、16,默認是8,

如果這個值比結構體成員的sizeof值小,那麼該成員的偏移量應該以此值爲準,即是說,結構體成員的偏移

量應該取二者的最小值,公式如下:

offsetof( item ) = min( n, sizeof( item ) )
再看示例:
<pre name="code" class="cpp">#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 S3
{
   char c1;
   S1 s;
   char c2
};





#pragma pack(pop) // 恢復先前的pack設置

計算sizeof(S1)時,min(2, sizeof(i))的值爲2,所以i的偏移量爲2,加上sizeof(i)等於6,能夠被2整除,所以

整個S1的大小爲6。同樣,對於sizeof(S3),s的偏移量爲2,c2的偏移量爲8,加上sizeof(c2)等於9,不能被2

整除,添加一個填充字節,所以sizeof(S3)等於10。

注意,“空結構體”(不含數據成員)的大小不爲0,而是1。



8、含位域結構體的sizeof

前面已經說過,位域成員不能單獨被取sizeof值,我們這裏要討論的是含有位域的結構體的sizeof,只是

考慮到其特殊性而將其專門列了出來。C99規定int、unsigned int和bool可以作爲位域類型,但編譯器

幾乎都對此作了擴展,允許其它類型類型的存在。

使用位域的主要目的是壓縮存儲,其大致規則爲:

(1) 如果相鄰位域字段的類型相同,且其位寬之和小於類型的sizeof大小,則後面的字段將緊鄰前一個字

段存儲,直到不能容 納爲止;

(2) 如果相鄰位域字段的類型相同,但其位寬之和大於類型的sizeof大小,則後面的字段將從新的存儲單

元開始,其偏移量爲其類型大小的整數倍;

(3) 如果相鄰的位域字段的類型不同,則各編譯器的具體實現有差異,VC6採取不壓縮方式,Dev-C++

採取壓縮方式;

(4) 如果位域字段之間穿插着非位域字段,則不進行壓縮;
(5) 整個結構體的總大小爲最寬基本類型成員大小的整數倍。
示例1:
<pre name="code" class="cpp">struct BF1
{
    char f1 : 3;
    char f2 : 4;
    char f3 : 5;
};





位域類型爲char,第1個字節僅能容納下f1和f2,所以f2被壓縮到第1個字節中,而f3只能從下一個字節

開始。因此sizeof(BF1)的結果爲2。

示例2:
<pre name="code" class="cpp">struct BF2
{
   char f1 : 3;
   short f2 : 4;
   char f3 : 5;
};





由於相鄰位域類型不同,在VC6中其sizeof爲6,在Dev-C++中爲2。
示例3:
<pre name="code" class="cpp">struct BF3
{
   char f1 : 3;
   char f2;
   char f3 : 5;
};





非位域字段穿插在其中,不會產生壓縮,在VC6和Dev-C++中得到的大小均爲3。


9、聯合體的sizeof

結構體在內存組織上是順序式的,聯合體則是重疊式,各成員共享一段內存,所以整個聯合體的sizeof也

就是每個成員sizeof的最大值。結構體的成員也可以是複合類型,這裏,複合類型成員是被作爲整體考慮的。

所以,下面例子中,U的sizeof值等於sizeof(s)。
<pre name="code" class="cpp">struct S1
{
   char f1;
   int f2;
   char *f3;
};
union U
{
   int i;
   char c;
   S1 s;
}; 




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