深入理解计算机各种类型大小(sizeof)
2015-10-12 15:25
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1. 用法
1.1 sizeof和new、delete等一样,是关键字,不是函数或者宏。
1.2 sizeof返回内存中分配的字节数,它和操作系统的位数有关。例如在常见的32位系统中,int类型占4个字节;但是在16位系统中,int类型占2个字节。
1.3 sizeof的参数可以是类型,也可以是变量,还可以是常量。对于相同类型,以上3中形式参数的sizeof返回值相同。
<span style="white-space:pre"> </span>int a; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(a); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(int); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(1); // = 4
1.4 C99标准规定,函数、不能确定类型的表达式以及位域(bit-field)成员不能被计算s
izeof值,即下面这些写法都是错误的。
<span style="white-space:pre"> </span>void fn() { } <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(fn); // error:函数 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(fn()); // error:不能确定类型 <span style="white-space:pre"> </span>struct S <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span>int a : 3; <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>S sa; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof( sa.a ); // error:位域成员<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span>
1.5 sizeof在编译阶段处理。由于sizeof不能被编译成机器码,所以sizeof的参数不能被编译,而是被替换成类型。
<span style="white-space:pre"> </span>int a = -1; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(a=3); // = sizeof(a) = sizeof(int) = 4 <span style="white-space:pre"> </span>cout<<a<<endl; // 输出-1。由于“=”操作符返回左操作数的类型,赋值操作没有执行。
2. 在32位系统中不同类型的内存分配
2.1 基本类型
<span style="white-space:pre"> </span>sizeof(int); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(double); // = 8 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(char); // = 1 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(bool); // = 1 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(short); // = 2 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(float); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(long); // = 4<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span>
2.2 指针
指针在32位系统中占4个字节。
<span style="white-space:pre"> </span>sizeof(int *); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(double *); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(char *); // = 4
2.3 数组
2.3.1 数组的sizeof返回整个数组所占的字节数,即(数组元素个数×每个元素所占字节)。
<span style="white-space:pre"> </span>int ai[] = {1, 2}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(ai); // = 2*4 = 8
2.3.2 常量字符串与字符数组的内存分配方式相同。
<span style="white-space:pre"> </span>char ac[] = "abcd"; //注意数组末尾的字符串终结符'\0' <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(ac); // = 5*1 = 5 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof("abcd"); // = 5*1 = 5<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span>
2.3.3 数组和指针所占的字节数不同,应注意区分。
<span style="white-space:pre"> </span>int *pi = new int[10]; //这是指针 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(pi); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>int ai[10]; <span style="white-space:pre"> </span>int *p = ai; //这还是指针 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(p); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>double* (*a)[3][6]; //看成(double *) (*a)[3][6],即一个3×6的二维数组,数组元素为指针,指向double类型。 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(a); // = 4,a为指向上述二维数组的指针 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(*a); // = sizeof(double *)*3*6 = 72,*a表示上述二维数组 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(**a); // = sizeof(double *)*6 = 24,**a即*(*a),表示double*[6],是元素为double指针的一维数组。 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(***a); // = sizeof(double *) = 4,表示上述一维数组中的第一个元素,元素类型为double指针。 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(****a); // = sizeof(double) = 8,表示上述数组首元素指向的double类型。
2.3.4 函数形式参数中的数组会蜕变为指针,原因是数组参数“传址调用”,调用者只需将实参的地址传递过去。有一种情况例外,那就是参数是指向数组的指针。
<span style="white-space:pre"> </span>void acf(char p[3]) //参数类型是int[],表示指向int的指针 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> sizeof( p ); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>} <span style="white-space:pre"> </span>void aif(int p[]) //参数类型是int[],表示指向int的指针 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> sizeof( p ); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>} <span style="white-space:pre"> </span>void pif(int (*p)[6]) //参数类型是int (*)[6],表示指向int数组的指针 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> sizeof( p); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span> sizeof( *p ); // = sizeof(int)*6 = 24 <span style="white-space:pre"> </span>} <span style="white-space:pre"> </span>void ppf(int *p[6]) //参数类型是int *[],表示指向int指针的指针 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> sizeof( p ); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span> sizeof( *p ); // = 4 <span style="white-space:pre"> </span>}
2.4. 类和结构体的内存分配。
2.4.1 空类或空结构体占一个字节。
<span style="white-space:pre"> </span>class CEmpty { }; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(CEmpty); // = 1 <span style="white-space:pre"> </span>struct SEmpty { }; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(SEmpty); // = 1
2.4.2 非空类和结构体所占字节为所有成员占字节的和,但是不包括成员函数和静态成员所占的空间。
<span style="white-space:pre"> </span>class CInt : public CEmpty { <span style="white-space:pre"> </span> int i; <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(CInt); // = 4; <span style="white-space:pre"> </span>class CFunc { <span style="white-space:pre"> </span> void f() {} <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(CFunc); // = 1; <span style="white-space:pre"> </span> <span style="white-space:pre"> </span>struct SInt : SEmpty { <span style="white-space:pre"> </span> static int i; <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(SInt); // = 1;
2.4.3 字节对齐
为了加快计算机的取数速度,编译器默认对内存进行字节对齐。对结构体(包括类)进行字节对齐的原则是:
1)结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除;2)结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量(offset)都是成员大小的整数倍,如有需要编译器会在成员之间加上填充字节(internal adding);
3)结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍,如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节(trailing padding)。
<span style="white-space:pre"> </span>struct SByte1 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span>double d; // 偏移量0~7 <span style="white-space:pre"> </span>char j; // 偏移量8 <span style="white-space:pre"> </span>int a; // 偏移量12~15,由于9不能整除4,故先填充9~11 <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(SByte1); // = 16 <span style="white-space:pre"> </span>struct SByte2 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> char j; // 偏移量0 <span style="white-space:pre"> </span> double d; // 偏移量8~15,由于1不能整除8,故先填充1~7 <span style="white-space:pre"> </span> int a; // 偏移量16~19 <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(SByte2); // = 24,为了凑成8的倍数,填充20~23
<span style="white-space: pre;"> </span>另外,可以通过#pragma pack(n)来设定变量以n字节对齐方式。
<span style="white-space:pre"> </span>#pragma pack(push) //保存对齐状态 <span style="white-space:pre"> </span>#pragma pack(4) //设定为4字节对齐 <span style="white-space:pre"> </span>class CByte <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> char c; //偏移量0 <span style="white-space:pre"> </span> double d; //偏移量4~11,由于1不能整除4,故先填充1~3 <span style="white-space:pre"> </span> int i; //偏移量12~15 <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>#pragma pack(pop) //恢复对齐状态 <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(CByte); // = 16<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span>
2.4.4 位域
有些信息在存储时,并不需要占用一个完整的字节, 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时,只有0和1 两种状态,用一位二进位即可。为了节省存储空间,并使处理简便,C语言又提供了一种数据结构,称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域, 并说明每个区域的位数。
2.4.4.1 位域以比特位作为单位,其长度不能大于一个字节。一个位域必须存储在同一个字节中,如一个字节所剩空间不够存放另一位域时,应从下一单元起存放该位域。
<span style="white-space:pre"> </span>struct SBit1 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> char a : 3; <span style="white-space:pre"> </span> char b : 4; <span style="white-space:pre"> </span> char c : 5; <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(SBit1); // = (3+4+1+5+3) bits = 2 bytes
2.4.4.2 使用空域可以有意使某位域从下一单元开始,但是空域不能使用。
sizeof(SBit2); // = (3+4+1+5+3) bits = 3 bytes
<span style="white-space:pre"> </span>struct SBit2 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> char a : 3; <span style="white-space:pre"> </span> char : 0; // 空域 <span style="white-space:pre"> </span> char b : 4; <span style="white-space:pre"> </span> char c : 5; <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(SBit2); // = (3+4+1+5+3) bits = 3 bytes
2.4.4.3 如果相邻的位域字段的类型不同,则各编译器的具体实现有差异,VC6采取不压缩方式,Dev-C++采取压缩方式。
<span style="white-space:pre"> </span>struct SBit3 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> char a : 3; <span style="white-space:pre"> </span> short b : 4; <span style="white-space:pre"> </span> char c : 5; <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(SBit3); // = 6 bytes,由于相邻位域类型不同,在VC6中其sizeof为6,在Dev-C++中为2。
2.4.4.4 如果位域字段之间穿插着非位域字段,则不进行压缩。
<span style="white-space:pre"> </span>struct SBit4 <span style="white-space:pre"> </span>{ <span style="white-space:pre"> </span> int a : 3; <span style="white-space:pre"> </span> int b : 4; <span style="white-space:pre"> </span> int c; <span style="white-space:pre"> </span>}; <span style="white-space:pre"> </span>sizeof(SBit4); // = 8 bytes
2.4.4.5 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍
{ int a : 3; int b; int c : 5; }; sizeof(SBit5); // = 12 bytes
2.5 联合
联合表示若干数据成员取其一,故以叠加方式分配内存,所占字节数为最大数据成员所占的字节数。
Cpp代码union U
{
int i;
char c;
double d;
};
sizeof(U); // = Max(sizeof(i), sizeof(c), sizeof(d)) = sizeof(d) = 8
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