詳細解析C語言中的sizeof

2019-11-17 05:16:30

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一、sizeof的概念　　sizeof是C語言的一種單目操作符，如C語言的其他操作符++、--等。它并不是函數。sizeof操作符以字節形式給出了其操作數的存儲大小。操作數可以是一個表達式或括在括號內的類型名。操作數的存儲大小由操作數的類型決定?！?二、sizeof的使用方法　　1、用于數據類型　　　sizeof使用形式：sizeof（type）　　　數據類型必須用括號括住。如sizeof（int）。　　　2、用于變量　　　sizeof使用形式：sizeof（var_name）或sizeof　var_name　　　變量名可以不用括號括住。如sizeof　(var_name)，sizeof　var_name等都是正確形式。帶括號的用法更普遍，大多數程序員采用這種形式?！?　　注重：sizeof操作符不能用于函數類型，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。　　　如sizeof(max)若此時變量max定義為int　max(),sizeof(char_v)　若此時char_v定義為char　char_v　[MAX]且MAX未知，sizeof(void)都不是正確形式?！?三、sizeof的結果　　sizeof操作符的結果類型是size_t，它在頭文件中typedef為unsigned　int類型。該類型保證能容納實現所建立的最大對象的字節大小。　　　1、若操作數具有類型char、unsigned　char或signed　char，其結果等于1?！?　　ANSI　C正式規定字符類型為1字節?！?　　2、int、unsigned　int　、short　int、unsigned　short　、long　int　、unsigned　long　、float、double、long　double類型的sizeof　在ANSI　C中沒有具體規定，大小依靠于實現，一般可能分別為2、2、2、2、4、4、4、8、10?！?　　3、當操作數是指針時，sizeof依靠于編譯器。例如Microsoft　C/C++7.0中，near類指針字節數為2，far、huge類指針字節數為4。一般Unix的指針字節數為4。　　　4、當操作數具有數組類型時，其結果是數組的總字節數。　　　5、聯合類型操作數的sizeof是其最大字節成員的字節數。結構類型操作數的sizeof是這種類型對象的總字節數，包括任何墊補在內?！?　　讓我們看如下結構：　　　strUCt　{char　b;　double　x;}　a;　　　在某些機器上sizeof（a）=12，而一般sizeof（char）+　sizeof（double）=9?！?　　這是因為編譯器在考慮對齊問題時，在結構中插入空位以控制各成員對象的地址對齊。如double類型的結構成員x要放在被4整除的地址?！?　　6、假如操作數是函數中的數組形參或函數類型的形參，sizeof給出其指針的大小?！?四、sizeof與其他操作符的關系　　sizeof的優先級為2級，比/、%等3級運算符優先級高。它可以與其他操作符一起組成表達式。如i*sizeof（int）；其中i為int類型變量?！?五、sizeof的主要用途　　1、sizeof操作符的一個主要用途是與存儲分配和I/O系統那樣的例程進行通信。例如：　　　void　*malloc（size_t　size）,　　　size_t　fread(void　*　ptr,size_t　size,size_t　nmemb,FILE　*　stream)。　　　2、sizeof的另一個的主要用途是計算數組中元素的個數。例如：　　　void　*　memset（void　*　s,int　c,sizeof(s)）?！? 六、建議　　由于操作數的字節數在實現時可能出現變化，建議在涉及到操作數字節大小時用sizeof來代替常量計算?！　”疚闹饕ǘ€部分，第一部分重點介紹在VC中，怎么樣采用sizeof來求結構的大小，以及輕易出現的問題，并給出解決問題的方法，第二部分總結出VC中sizeof的主要用法。 1、 sizeof應用在結構上的情況　　請看下面的結構：struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
}; 　　對結構MyStruct采用sizeof會出現什么結果呢？sizeof(MyStruct)為多少呢？也許你會這樣求： sizeof(MyStruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13 　　但是當在VC中測試上面結構的大小時，你會發現sizeof(MyStruct)為16。你知道為什么在VC中會得出這樣一個結果嗎？　　其實，這是VC對變量存儲的一個非凡處理。為了提高CPU的存儲速度，VC對一些變量的起始地址做了“對齊”處理。在默認情況下，VC規定各成員變量存放的起始地址相對于結構的起始地址的偏移量必須為該變量的類型所占用的字節數的倍數。下面列出常用類型的對齊方式(vc6.0,32位系統)。　　類型
　　對齊方式（變量存放的起始地址相對于結構的起始地址的偏移量）　　Char
　　偏移量必須為sizeof(char)即1的倍數　　int
　　偏移量必須為sizeof(int)即4的倍數　　float
　　偏移量必須為sizeof(float)即4的倍數
　　double
　　偏移量必須為sizeof(double)即8的倍數　　Short
　　偏移量必須為sizeof(short)即2的倍數　　各成員變量在存放的時候根據在結構中出現的順序依次申請空間，同時按照上面的對齊方式調整位置，空缺的字節VC會自動填充。同時VC為了確保結構的大小為結構的字節邊界數（即該結構中占用最大空間的類型所占用的字節數）的倍數，所以在為最后一個成員變量申請空間后，還會根據需要自動填充空缺的字節。　　下面用前面的例子來說明VC到底怎么樣來存放結構的。 struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
}；　　為上面的結構分配空間的時候，VC根據成員變量出現的順序和對齊方式，先為第一個成員dda1分配空間，其起始地址跟結構的起始地址相同（剛好偏移量0剛好為sizeof(double)的倍數），該成員變量占用sizeof(double)=8個字節；接下來為第二個成員dda分配空間，這時下一個可以分配的地址對于結構的起始地址的偏移量為8，是sizeof(char)的倍數，所以把dda存放在偏移量為8的地方滿足對齊方式，該成員變量占用sizeof(char)=1個字節；接下來為第三個成員type分配空間，這時下一個可以分配的地址對于結構的起始地址的偏移量為9，不是sizeof(int)=4的倍數，為了滿足對齊方式對偏移量的約束問題，VC自動填充3個字節（這三個字節沒有放什么東西），這時下一個可以分配的地址對于結構的起始地址的偏移量為12，剛好是sizeof(int)=4的倍數，所以把type存放在偏移量為12的地方，該成員變量占用sizeof(int)=4個字節；這時整個結構的成員變量已經都分配了空間，總的占用的空間大小為：8+1+3+4=16，剛好為結構的字節邊界數（即結構中占用最大空間的類型所占用的字節數sizeof(double)=8）的倍數，所以沒有空缺的字節需要填充。所以整個結構的大小為：sizeof(MyStruct)=8+1+3+4=16，其中有3個字節是VC自動填充的，沒有放任何有意義的東西。　　下面再舉個例子，交換一下上面的MyStruct的成員變量的位置，使它變成下面的情況： struct MyStruct
{
char dda;
double dda1;
int type
}；　　這個結構占用的空間為多大呢？在VC6.0環境下，可以得到sizeof(MyStruc)為24。結合上面提到的分配空間的一些原則，分析下VC怎么樣為上面的結構分配空間的。（簡單說明） struct MyStruct
{
char dda;//偏移量為0，滿足對齊方式，dda占用1個字節；
double dda1;//下一個可用的地址的偏移量為1，不是sizeof(double)=8
//的倍數，需要補足7個字節才能使偏移量變為8（滿足對齊
//方式），因此VC自動填充7個字節，dda1存放在偏移量為8
//的地址上，它占用8個字節。
int type；//下一個可用的地址的偏移量為16，是sizeof(int)=4的倍
//數，滿足int的對齊方式，所以不需要VC自動填充，type存
//放在偏移量為16的地址上，它占用4個字節。
}；//所有成員變量都分配了空間，空間總的大小為1+7+8+4=20，不是結構
//的節邊界數（即結構中占用最大空間的類型所占用的字節數sizeof
//(double)=8）的倍數，所以需要填充4個字節，以滿足結構的大小為
//sizeof(double)=8的倍數。　　所以該結構總的大小為：sizeof(MyStruc)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個字節是VC自動填充的，沒有放任何有意義的東西。　　VC對結構的存儲的非凡處理確實提高CPU存儲變量的速度，但是有時候也帶來了一些麻煩，我們也屏蔽掉變量默認的對齊方式，自己可以設定變量的對齊方式。　　VC中提供了#PRagma pack(n)來設定變量以n字節對齊方式。n字節對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況：第一、假如n大于等于該變量所占用的字節數，那么偏移量必須滿足默認的對齊方式，第二、假如n小于該變量的類型所占用的字節數，那么偏移量為n的倍數，不用滿足默認的對齊方式。結構的總大小也有個約束條件，分下面兩種情況：假如n大于所有成員變量類型所占用的字節數，那么結構的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數的倍數；　　否則必須為n的倍數。下面舉例說明其用法。 #pragma pack(push) //保存對齊狀態
#pragma pack(4)//設定為4字節對齊
struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};
#pragma pack(pop)//恢復對齊狀態　　以上結構的大小為16，下面分析其存儲情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿足我們自己設定的對齊方式（4字節對齊），m1占用1個字節。接著開始為m4分配空間，這時其偏移量為1，需要補足3個字節，這樣使偏移量滿足為n=4的倍數（因為sizeof(double)大于n）,m4占用8個字節。接著為m3分配空間，這時其偏移量為12，滿足為4的倍數，m3占用4個字節。這時已經為所有成員變量分配了空間，共分配了16個字節，滿足為n的倍數。假如把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16)，那么我們可以得到結構的大小為24。（請讀者自己分析）　　2、 sizeof用法總結　　在VC中，sizeof有著許多的用法，而且很輕易引起一些錯誤。下面根據sizeof后面的參數對sizeof的用法做個總結。　　A．參數為數據類型或者為一般變量。例如sizeof(int),sizeof(long)等等。這種情況要注重的是不同系統系統或者不同編譯器得到的結果可能是不同的。例如int類型在16位系統中占2個字節，在32位系統中占4個字節。　　B．參數為數組或指針。下面舉例說明. int a[50]; //sizeof(a)=4*50=200; 求數組所占的空間大小
int *a=new int[50];// sizeof(a)=4; a為一個指針，sizeof(a)是求指針
//的大小,在32位系統中，當然是占4個字節。
　　C．參數為結構或類。Sizeof應用在類和結構的處理情況是相同的。但有兩點需要注重，第一、結構或者類中的靜態成員不對結構或者類的大小產生影響，因為靜態變量的存儲位置與結構或者類的實例地址無關。　　第二、沒有成員變量的結構或類的大小為1，因為必須保證結構或類的每一個實例在內存中都有唯一的地址。　　下面舉例說明： Class Test{int a;static double c};//sizeof(Test)=4.
Test *s;//sizeof(s)=4,s為一個指針。
Class test1{ };//sizeof(test1)=1;　　D．參數為其他。下面舉例說明。 int func(char s[5]);
{
cout<
//數的參數在傳遞的時候系統處理為一個指針，所
//以sizeof(s)實際上為求指針的大小。
return 1;
}
sizeof(func(“1234”))=4//因為func的返回類型為int，所以相當于
//求sizeof(int). 　　以上為sizeof的基本用法，在實際的使用中要注重分析VC的分配變量的分配策略，這樣的話可以避免一些錯誤。

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