详解C++ sizeof(上)

时间:2022-06-30 08:44:27

sizeof是C/C++中的一个操作符(operator),其作用是返回一个对象或者类型所占的内存字节数,使用频繁,有必须对其有个全面的了解。

1.sizeof的基本语法

sizeof有三种语法形式。

(1)sizeof(object); //sizeof(对象);
(2)sizeof(type_name); //sizeof(类型);
(3)sizeof object; //sizeof对象;

第三种语法结构虽然简约,但并不常见,为简单统一,建议使用第一和第二种写法。

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int i;
sizeof( i ); // ok
sizeof i; // ok
sizeof( int ); // ok
sizeof int; // error

2.sizeof计算基本类型与表示式

sizeof计算对象的大小实际上是转换成对象类型进行计算,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,sizeof是编译时进行运算,与运行时无关,不会对表达式进行计算。考察如下代码:

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#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc,char* argv[])
{
cout<<"sizeof(char)="<<sizeof(char)<<endl;
cout<<"sizeof(short)="<<sizeof(short int)<<endl;
cout<<"sizeof(int)="<<sizeof(int)<<endl;
cout<<"sizeof(long)="<<sizeof(long int)<<endl;
cout<<"sizeof(long long)="<<sizeof(long int int)<<endl;
cout<<"sizeof(float)="<<sizeof(float)<<endl;
cout<<"sizeof(double)="<<sizeof(double)<<endl;
int i=8;
cout<<"i="<<i<<endl;
cout<<"sizeof(i)="<<sizeof(i)<<endl;
cout<<"sizeof(i)="<<sizeof(i=5)<<endl;
cout<<"i="<<i<<endl;
}

在64bits的Windows下运行结果如下:

sizeof(char)=1
sizeof(short)=2
sizeof(int)=4
sizeof(long)=4
sizeof(long long)=4
sizeof(float)=4
sizeof(double)=8
i=8
sizeof(i)=4
sizeof(i)=4
i=8

观察以上程序需要注意两点。

(1)i的值并未发生改变,表明sizeof括号内的表达式并没有执行,sizeof在编译时求其表达式的运算结果的类型,sizeof运算与运行时无关。sizeof(i)等价于sizeof(int),sizeof(i=5)等价于sizeof(int),也就是说在可执行代码中,并不包含i=5这个表达式,它早在编译阶段就被处理了。
(2)long int是否占8字节,与编译器的实现有关,Visual C++在VS2012中使用的编译器是cl.exe,在64bits的Windows下仍然将long编译为4字节,要想使用8字节长整型,保险起见,使用long long型。

3.sizeof计算指针变量

指针是C/C++的灵魂,它记录了一个对象的地址。指针变量的位宽等于机器字长,机器字长由CPU寄存器位数决定。在32位系统中,一个指针变量的返回值为4字节,64位系统中指针变量的sizeof结果为8字节。

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char* pc = "abc";
int* pi=new int[10];
string* ps;
char** ppc = &pc;
void (*pf)(); // 函数指针
char testfunc()
{
return ‘k';
}
sizeof( pc ); // 结果为4
sizeof( pi ); // 结果为4
sizeof( ps ); // 结果为4
sizeof( ppc ); // 结果为4
sizeof( pf ); // 结果为4
sizeof( &testfunc ); // 结果为4
sizeof( testfunc ()); // 结果为1
sizeof(*( testfunc) ()); // 结果为1

考察以上代码,得出如下结论:

(1)指针变量的sizeof值与指针所指的对象类型没有任何关系,与指针申请多少空间没有关系,所有的指针变量所占内存大小均相等。那为什么在本机64bits系统下,指针变量大小仍然是4个字节,因为使用32位编译器编译得到程序是32位,故指针大小是4字节,可自行修改编译器版本,不再赘述。

(2)&testfunc代表一个函数指针,指针大小是4,所以sizeof(&testfunc)==4。testfunc()代表一次函数调用,返回值类型是char,所以sizeof(testfunc())==sizeof(char)==1。testfunc名本身就是一个函数指针,所以(*testfunc)()也是一次函数调用,sizeof((*testfunc)())==sizeof(char)==1

4.sizeof计算数组

当sizeof作用于数组时,求取的是数组所有元素所占用的大小。参考如下代码:

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int A[3][5];
char c[]="123456";
double*(*d)[3][6];
 
cout<<sizeof(A)<<endl; //输出60
cout<<sizeof(A[4])<<endl; //输出20
cout<<sizeof(A[0][0])<<endl;//输出4
cout<<sizeof(c)<<endl; //输出7
cout<<sizeof(d)<<endl; //输出4
cout<<sizeof(*d)<<endl; //输出72
cout<<sizeof(**d)<<endl; //输出24
cout<<sizeof(***d)<<endl; //输出4
cout<<sizeof(****d)<<endl; //输出8

考察以上代码,得出如下结论:
(1)A的数据类型是int[3][5]A[4]的数据类型是int[5]A[0][0]数据类型是int。所以

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sizeof(A)==sizeof(int[3][5])==3*5*sizeof(int)==60
sizeof(A[4])==sizeof(int[5])=5*sizeof(int)==20
sizeof(A[0][0])==sizeof(int)==4

尽管A[4]的下标越界,但不会造成运行时错误,因为sizeof运算只关心数据类型,在编译阶段就已经完成。

(2)由于字符串以空字符'\0'结尾,所以c的数据类型是char[7],所以sizeof(c)=sizeof(char[7])==7。

(3)d是一个指针,不管它指向的对象是什么数据类型,自身大小永远是4,所以sizeof(d)==4。sizeof(*d)的数据类型是double*[3][6],所以

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sizeof(*d)==sizeof(double*[3][6])==3*6*sizeof(double*)==18*4==72

同理,可以推算出

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sizeof(**d)==sizeof(double*[6])==6*sizeof(double*)==24
sizeof(***d)==sizeof(double*)==4
sizeof(****d)=sizeof(double)==8

当数组作为函数形参时,下面的i和j的值应该是多少呢?

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void foo1(char a1[3])
{
int i = sizeof( a1 ); // i == ?
}
void foo2(char a2[])
{
int j = sizeof( a2); // j == ?
}

也许当你试图回答j的值时已经意识到i答错了,是的,i!=3。这里函数参数a1已不再是数组类型,而是蜕变成指针,相当于char* a1,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a1自然为指针类型(char*),i的值也就为4,同样j也是4。

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