sizeof终极解惑

sizeof，终极无惑（上）sizeof，一个其貌不扬的家伙，引无数菜鸟竟折腰，小虾我当初也没少犯迷糊，秉着"辛苦我一个，幸福千万人"的伟大思想，我决定将其尽可能详细的总结一下。

但当我总结的时候才发现，这个问题既可以简单，又可以复杂，所以本文有的地方并不适合初学者，甚至都没有必要大作文章。

但如果你想"知其然，更知其所以然"的话，那么这篇文章对你或许有所帮助。

菜鸟我对C++的掌握尚未深入，其中不乏错误，欢迎各位扔砖砸蛋。

1. 定义sizeof是何方神圣？sizeof乃C/C++中的一个操作符（operator）是也，简单的说其作用就是返回一个对象或者类型所占的内存字节数。

MSDN上的解释为：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.其返回值类型为size_t，在头文件stddef.h中定义。

这是一个依赖于编译系统的值，一般定义为：typedef unsigned int size_t;世上编译器林林总总，但作为一个规范，它们都会保证char、signed char和unsigned char 的sizeof值为1，毕竟char是我们编程能用的最小数据类型。

2. 语法sizeof有三种语法形式，如下：1) sizeof( object ); // sizeof( 对象);2) sizeof( type_name ); // sizeof( 类型);3) sizeof object; // sizeof 对象;所以，int i;sizeof( i ); // oksizeof i; // oksizeof( int ); // oksizeof int; // error既然写法3可以用写法1代替，为求形式统一以及减少我们大脑的负担，第3种写法，忘掉它吧！实际上，sizeof计算对象的大小也是转换成对对象类型的计算，也就是说，同种类型的不同对象其sizeof值都是一致的。

这里，对象可以进一步延伸至表达式，即sizeof可以对一个表达式求值，编译器根据表达式的最终结果类型来确定大小，一般不会对表达式进行计算。

如：sizeof( 2 ); // 2的类型为int，所以等价于sizeof( int );sizeof( 2 + 3.14 ); // 3.14的类型为double，2也会被提升成double类型，所以等价于sizeof( double );sizeof也可以对一个函数调用求值，其结果是函数返回类型的大小，函数并不会被调用，我们来看一个完整的例子：char foo(){printf("foo() has been called./n");return 'a';}int main(){size_t sz = sizeof( foo() ); // foo() 的返回值类型为char，所以sz = sizeof( char )，foo()并不会被调用printf("sizeof( foo() ) = %d/n", sz);}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sizeof 值，即下面这些写法都是错误的：sizeof( foo ); // errorvoid foo2() { }sizeof( foo2() ); // errorstruct S{unsigned int f1 : 1;unsigned int f2 : 5;unsigned int f3 : 12;};sizeof( S.f1 ); // error3. sizeof的常量性sizeof的计算发生在编译时刻，所以它可以被当作常量表达式使用，如：char ary[ sizeof( int ) * 10 ]; // ok最新的C99标准规定sizeof也可以在运行时刻进行计算，如下面的程序在Dev-C++中可以正确执行：int n;n = 10; // n动态赋值char ary[n]; // C99也支持数组的动态定义printf("%d/n", sizeof(ary)); // ok. 输出10但在没有完全实现C99标准的编译器中就行不通了，上面的代码在VC6中就通不过编译。

所以我们最好还是认为sizeof是在编译期执行的，这样不会带来错误，让程序的可移植性强些。

4. 基本数据类型的sizeof这里的基本数据类型指short、int、long、float、double这样的简单内置数据类型，由于它们都是和系统相关的，所以在不同的系统下取值可能不同，这务必引起我们的注意，尽量不要在这方面给自己程序的移植造成麻烦。

一般的，在32位编译环境中，sizeof(int)的取值为4。

5. 指针变量的sizeof学过数据结构的你应该知道指针是一个很重要的概念，它记录了另一个对象的地址。

既然是来存放地址的，那么它当然等于计算机内部地址总线的宽度。

所以在32位计算机中，一个指针变量的返回值必定是4（注意结果是以字节为单位），可以预计，在将来的64位系统中指针变量的sizeof结果为8。

char* pc = "abc";int* pi;string* ps;char** ppc = &pc;void (*pf)(); // 函数指针sizeof( pc ); // 结果为4sizeof( pi ); // 结果为4sizeof( ps ); // 结果为4sizeof( ppc ); // 结果为4sizeof( pf ); // 结果为4指针变量的sizeof值与指针所指的对象没有任何关系，正是由于所有的指针变量所占内存大小相等，所以MFC消息处理函数使用两个参数WPARAM、LPARAM就能传递各种复杂的消息结构（使用指向结构体的指针）。

6. 数组的sizeof数组的sizeof值等于数组所占用的内存字节数，如：char a1[] = "abc";int a2[3];sizeof( a1 ); // 结果为4，字符串末尾还存在一个NULL终止符sizeof( a2 ); // 结果为3*4=12（依赖于int）一些朋友刚开始时把sizeof当作了求数组元素的个数，现在，你应该知道这是不对的，那么应该怎么求数组元素的个数呢？Easy，通常有下面两种写法：int c1 = sizeof( a1 ) / sizeof( char ); // 总长度/单个元素的长度int c2 = sizeof( a1 ) / sizeof( a1[0] ); // 总长度/第一个元素的长度写到这里，提一问，下面的c3，c4值应该是多少呢？void foo3(char a3[3]){int c3 = sizeof( a3 ); // c3 == ?}void foo4(char a4[]){int c4 = sizeof( a4 ); // c4 == ?}也许当你试图回答c4的值时已经意识到c3答错了，是的，c3!=3。

这里函数参数a3已不再是数组类型，而是蜕变成指针，相当于char* a3，为什么？仔细想想就不难明白，我们调用函数foo1时，程序会在栈上分配一个大小为3的数组吗？不会！数组是"传址"的，调用者只需将实参的地址传递过去，所以a3自然为指针类型（char*），c3的值也就为4。

7. 结构体的sizeof这是初学者问得最多的一个问题，所以这里有必要多费点笔墨。

让我们先看一个结构体：struct S1{char c;int i;};问sizeof(s1)等于多少？聪明的你开始思考了，char占1个字节，int占4个字节，那么加起来就应该是5。

是这样吗？你在你机器上试过了吗？也许你是对的，但很可能你是错的！VC6中按默认设置得到的结果为8。

Why？为什么受伤的总是我？请不要沮丧，我们来好好琢磨一下sizeof的定义——sizeof的结果等于对象或者类型所占的内存字节数，好吧，那就让我们来看看S1的内存分配情况：S1 s1 = { 'a', 0xFFFFFFFF };定义上面的变量后，加上断点，运行程序，观察s1所在的内存，你发现了什么？以我的VC6.0为例，s1的地址为0x0012FF78，其数据内容如下：0012FF78: 61 CC CC CC FF FF FF FF发现了什么？怎么中间夹杂了3个字节的CC？看看MSDN上的说明：When applied to a structure type or variable, sizeof returns the actual size, which may include padding bytes inserted for alignment.原来如此，这就是传说中的字节对齐啊！一个重要的话题出现了。

为什么需要字节对齐？计算机组成原理教导我们这样有助于加快计算机的取数速度，否则就得多花指令周期了。

为此，编译器默认会对结构体进行处理（实际上其它地方的数据变量也是如此），让宽度为2的基本数据类型（short等）都位于能被2整除的地址上，让宽度为4的基本数据类型（int等）都位于能被4整除的地址上，以此类推。

这样，两个数中间就可能需要加入填充字节，所以整个结构体的sizeof值就增长了。

让我们交换一下S1中char与int的位置：struct S2{int i;char c;};看看sizeof(S2)的结果为多少，怎么还是8？再看看内存，原来成员c后面仍然有3个填充字节，这又是为什么啊？别着急，下面总结规律。

字节对齐的细节和编译器实现相关，但一般而言，满足三个准则：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）。

对于上面的准则，有几点需要说明：1) 前面不是说结构体成员的地址是其大小的整数倍，怎么又说到偏移量了呢？因为有了第1点存在，所以我们就可以只考虑成员的偏移量，这样思考起来简单。