结构体对齐的具体含义 ( #pragma pack )
#pragma
pack
(4)
class TestB
{
public:
int aa;
char a;
short b;
char c;
};
int nSize = sizeof(TestB);
这里
nSize
结果为
12
，在预料之中。
现在去掉第一个成员变量为如下代码：
#pragma
pack
(4)
class TestC
{
public:
char a;
short b;
char c;
};
int nSize = sizeof(TestC);
按照正常的填充方式
nSize
的结果应该是
8
，为什么结果显示
nSize
为
6
呢？
事实上，很多人对
#pragma
pack
的理解是错误的。
#pragma
pack
规定的对齐长度，实际使用的规则是：
结构，联合，或者类的数据成员，第一个放在偏移为
0
的地方，以后每个数据成员的对齐，按照
#pragma
pack
指定的数值和这个数据成员自身长度中，
比较小
的那个进行。
也就是说，当
#pragma
pack
的值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个值的大小将不产生任何效果。
而
结构整体
的对齐，则按照结构体中最大的数据成员 和
#pragma
pack
指定值 之间，较小的那个进行。
具体解释
#pragma
pack
(4)
class TestB
{
public:
int aa; //
第一个成员，放在
[0,3]
偏移的位置，
char a; //
第二个成员，自身长为
1
，
#pragma
pack
(4),
取小值，也就是
1
，所以这个成员按一字节对齐，放在偏移
[4]
的位置。
short b; //
第三个成员，自身长
2
，
#pragma
pack
(4)
，取
2
，按
2
字节对齐，所以放在偏移
[6,7]
的位置。
char c; //
第四个，自身长为
1
，放在
[8]
的位置。
};
这个类实际占据的内存空间是
9
字节
类之间的对齐，
是按照类内部最大的成员的长度
，和
#pragma
pack
规定的值之中
较小的一个对
齐的。
所以这个例子中，类之间对齐的长度是
min(sizeof(int),4)
，也就是
4
。
9
按照
4
字节圆整的结果是
12
，所以
sizeof(TestB)
是
12
。
起始倍数曰对齐，
体内对齐，自身 pra 取小值，
体间对齐，最大 pra 取小值，
体间上取整
如果
#pragma
pack
(2)
class TestB
{
public:
int aa; //
第一个成员，放在
[0,3]
偏移的位置，
char a; //
第二个成员，自身长为
1
，
#pragma
pack
(4),
取小值，也就是
1
，所以这个成员按一字节对齐，放在偏移
[4]
的位置。
short b; //
第三个成员，自身长
2
，
#pragma
pack
(4)
，取
2
，按
2
字节对齐，所以放在偏移
[6,7]
的位置。
char c; //
第四个，自身长为
1
，放在
[8]
的位置。
};
//
可以看出，上面的位置完全没有变化，只是类之间改为按
2
字节对齐，
9
按
2
圆整的结果是
10
。
//
所以
sizeof(TestB)
是
10
。
最后看原贴：
现在去掉第一个成员变量为如下代码：
#pragma
pack
(4)
class TestC
{
public:
char a;//
第一个成员，放在
[0]
偏移的位置，
short b;//
第二个成员，自身长
2
，
#pragma
pack
(4)
，取
2
，按
2
字节对齐，所以放在偏移
[2,3]
的位置。
char c;//
第三个，自身长为
1
，放在
[4]
的位置。
};
//
整个类的大小是
5
字节，按照
min(sizeof(short),4)
字节对齐，也就是
2
字节对齐，结果是
6
//
所以
sizeof(TestC)
是
6
。
对於位域有如下规定 :
C99
规定
int
、
unsigned int
和
bool
可以作为位域类型，但编译器几乎都对此作了扩展，允许其它类型类型的存在。使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为：
1)
如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的
sizeof
大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；
2)
如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的
sizeof
大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；
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；
4)
如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩；
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。
还是让我们来看看例子。
示例
1
：
struct BF1
{
char f1 : 3;
char f2 : 4;
char f3 : 5;
};
其内存布局为：
|_f1__|__f2__|_|____f3___|____|
|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|
0 3 7 8 1316
位域类型为
char
，第
1
个字节仅能容纳下
f1
和
f2
，所以
f2
被压缩到第
1
个字节中，而
f3
只
能从下一个字节开始。因此
sizeof(BF1)
的结果为
2
。
示例
2
：
struct BF2
{
char f1 : 3;
short f2 : 4;
char f3 : 5;
};
由于相邻位域类型不同，在
VC6
中其
sizeof
为
6
，在
Dev-C++
中为
2
。
示例
3
：
struct BF3
{
char f1 : 3;
char f2;
char f3 : 5;
};
非位域字段穿插在其中，不会产生压缩，在
VC6
和
Dev-C++
中得到的大小均为
3
。
Trackback: http://tb.blog.csdn.net/TrackBack.aspx?PostId=1331903
转自 :http://rabbitlzx.blogbus.com/logs/2006/03/2094407.html
1
、什么是
sizeof
首先看一下
sizeof
在
msdn
上的定义：
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.
看到
return
这个字眼，是不是想到了函数？错了，
sizeof
不是一个函数，你见过给一个函数传参数，而不加括号的吗？
sizeof
可以，所以
sizeof
不是函数。网上有人说
sizeof
是一元操作符，但是我并不这么认为，因为
sizeof
更像一个特殊的宏，它是在编译阶段求值的。举个例子：
cout<<sizeof(int)<<endl; // 32
位机上
int
长度为
4
cout<<sizeof(1==2)<<endl; // ==
操作符返回
bool
类型，相当于
cout<<sizeof(bool)<<endl;
在编译阶段已经被翻译为：
cout<<4<<endl;
cout<<1<<endl;
这里有个陷阱，看下面的程序：
int a = 0;
cout<<sizeof(a=3)<<endl;
cout<<a<<endl;
输出为什么是
4
，
0
而不是期望中的
4
，
3
？？？就在于
sizeof
在编译阶段处理的特性。由于
sizeof
不能被编译成机器码，所以
sizeof
作用范围内，也就是
()
里面的内容也不能被编译，而是被替换成类型。
=
操作符返回左操作数的类型，所以
a=3
相当于
int
，而代码也被替换为：
int a = 0;
cout<<4<<endl;
cout<<a<<endl;
所以，
sizeof
是不可能支持链式表达式的，这也是和一元操作符不一样的地方。
结论：不要把
sizeof
当成函数，也不要看作一元操作符，把他当成一个特殊的编译预处理。
2
、
sizeof
的用法
sizeof
有两种用法：
（
1
）
sizeof(object)
也就是对对象使用
sizeof
，也可以写成
sizeof object
的形式
（
2
）
sizeof(typename)
也就是对类型使用
sizeof
，注意这种情况下写成
sizeof typename
是非法的。下面举几个例子说明一下：
int i = 2;
cout<<sizeof(i)<<endl; // sizeof(object)
的用法，合理
cout<<sizeof i<<endl; // sizeof object
的用法，合理
cout<<sizeof 2<<endl; // 2
被解析成
int
类型的
object, sizeof object
的用法，合理
cout<<sizeof(2)<<endl; // 2
被解析成
int
类型的
object, sizeof(object)
的用法，合理
cout<<sizeof(int)<<endl;// sizeof(typename)
的用法，合理
cout<<sizeof int<<endl; //
错误！对于操作符，一定要加
()
可以看出，加
()
是永远正确的选择。
结论：不论
sizeof
要对谁取值，最好都加上
()
。
3
、数据类型的
sizeof
（
1
）
C++
固有数据类型
32
位
C++
中的基本数据类型，也就
char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double
大小分别是：
1
，
2
，
4
，
4
，
4
，
8, 10
。
考虑下面的代码：
cout<<sizeof(unsigned int) == sizeof(int)<<endl; //
相等，输出
1
unsigned
影响的只是最高位
bit
的意义，
数据长度不会被改变的
。
结论：
unsigned
不能影响
sizeof
的取值。
（
2
）自定义数据类型
typedef
可以用来定义
C++
自定义类型。考虑下面的问题：
typedef short WORD;
typedef long DWORD;
cout<<(sizeof(short) == sizeof(WORD))<<endl; //
相等，输出
1
cout<<(sizeof(long) == sizeof(DWORD))<<endl; //
相等，输出
1
结论：自定义类型的
sizeof
取值等同于它的类型原形。
（
3
）函数类型
考虑下面的问题：
int f1(){return 0;};
double f2(){return 0.0;}
void f3(){}
cout<<sizeof(f1())<<endl; // f1()
返回值为
int
，因此被认为是
int
cout<<sizeof(f2())<<endl; // f2()
返回值为
double
，因此被认为是
double
cout<<sizeof(f3())<<endl; //
错误！
无法对
void
类型使用
sizeof
cout<<sizeof(f1)<<endl; //
错误！无法对函数指针使用
sizeof
cout<<sizeof*f2<<endl; // *f2
，和
f2()
等价，因为可以看作
object
，所以括号不是必要的。被认为是
double
结论：对函数使用
sizeof
，在编译阶段会被函数返回值的类型取代。
4
、指针问题
考虑下面问题：
cout<<sizeof(string*)<<endl; // 4
cout<<sizeof(int*)<<endl; // 4
cout<<sizof(char****)<<endl; // 4
可以看到，
不管是什么类型的指针，
大小都是
4
的
，因为指针就是
32
位的物理地址。指针存放在
32
位物理地址中
结论：只要是指针，大小就是
4
。（
64
位机上要变成
8
也不一定）。
顺便唧唧歪歪几句，
C++
中的指针表示实际内存的地址。和
C
不一样的是，
C++
中取消了模式之分，也就是不再有
small,middle,big,
取而代之的是统一的
flat
。
flat
模式采用
32
位实地址寻址，而不再是
c
中的
segment:offset
模式。举个例子，假如有一个指向地址
f000:8888
的指针，如果是
C
类型则是
8888(16
位
,
只存储位移，省略段
)
，
far
类型的
C
指针是
f0008888(32
位，高位保留段地址，地位保留位移
),C++
类型的指针是
f8888(32
位，相当于段地址
*16 +
位移，但寻址范围要更大
)
。
5
、数组问题
考虑下面问题：
char a[] = "abcdef";
int b[20] = {3, 4};
char c[2][3] = {"aa", "bb"};
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
cout<<sizeof(b)<<endl; //
80
cout<<sizeof(c)<<endl; // 6
数组
a
的大小在定义时未指定，编译时给它分配的空间是按照初始化的值确定的，也就是
7
。
c
是多维数组，占用的空间大小是各维数的乘积，也就是
6
。可以看出，
数组的大小就是他在编译时被分配的空间，也就是各维数的乘积
*
数组元素的大小。
结论：数组的大小是各维数的乘积
*
数组元素的大小。
这里有一个陷阱：
int *d = new int[10];
cout<<sizeof(d)<<endl; // 4
d
是我们常说的动态数组，但是他实质上还是一个指针，所以
sizeof(d)
的值是
4
。
再考虑下面的问题：
double* (*a)[3][6];
cout<<sizeof(a)<<endl; // 4
cout<<sizeof(*a)<<endl; // 72
cout<<sizeof(**a)<<endl; // 24
cout<<sizeof(***a)<<endl; // 4
cout<<sizeof(****a)<<endl; // 8
a
是一个很奇怪的定义，他表示一个指向
double*[3][6]
类型数组的指针。既然是指针，所以
sizeof(a)
就是
4
。
既然
a
是执行
double*[3][6]
类型的指针，
*a
就表示一个
double*[3][6]
的多维数组类型，因此
sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72
。同样的，
**a
表示一个
double*[6]
类型的数组，所以
sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24
。
***a
就表示其中的一个元素，也就是
double*
了，所以
sizeof(***a)=4
。至于
****a
，就是一个
double
了，所以
sizeof(****a)=sizeof(double)=8
。
6
、向函数传递数组的问题
考虑下面的问题：
#include <iostream>
using namespace std;
int Sum(int i[])
{
int sumofi = 0;
for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) //
实际上，
sizeof(i) = 4
{
sumofi += i[j];
}
return sumofi;
}
int main()
{
int allAges[6] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
cout<<Sum(allAges)<<endl;
system("pause");
return 0;
}
Sum
的本意是用
sizeof
得到数组的大小，然后求和。但是实际上，传入自函数
Sum
的，只是一个
int
类型的指针，所以
sizeof(i)=4
，而不是
24
，所以会产生错误的结果。解决这个问题的方法使是用指针或者引用。
使用指针的情况：
int Sum(int (*i)[6])
{
int sumofi = 0;
for (int j = 0; j < sizeof(*i)/sizeof(int); j++) //sizeof(*i) = 24
{
sumofi += (*i)[j];
}
return sumofi;
}
int main()
{
int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
cout<<Sum(&allAges)<<endl;
system("pause");
return 0;
}
在这个
Sum
里，
i
是一个指向
i[6]
类型的指针，注意，这里不能用
int Sum(int (*i)[])
声明函数，而是
必须指明要传入的数组的大小，
不然
sizeof(*i)
无法计算。但是在这种情况下，再通过
sizeof
来计算数组大小已经没有意义了，因为此时大小是指定为
6
的。
使用引用的情况和指针相似：
int Sum(int (&i)[6])
{
int sumofi = 0;
for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++)
{
sumofi += i[j];
}
return sumofi;
}
int main()
{
int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
cout<<Sum(allAges)<<endl;
system("pause");
return 0;
}
这种情况下
sizeof
的计算同样无意义，所以用数组做参数，而且需要遍历的时候，函数应该有一个参数来说明数组的大小，而数组的大小在数组定义的作用域内通过
sizeof
求值。因此上面的函数正确形式应该是：
#include <iostream>
using namespace std;
int Sum(int *i, unsigned int n)
{
int sumofi = 0;
for (int j = 0; j < n; j++)
{
sumofi += i[j];
}
return sumofi;
}
int main()
{
int allAges[] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
cout<<Sum(i, sizeof(allAges)/sizeof(int))<<endl;
system("pause");
return 0;
}
7
、字符串的
sizeof
和
strlen
考虑下面的问题：
char a[] = "abcdef";
char b[20] = "abcdef";
string s = "abcdef";
cout<<strlen(a)<<endl; // 6
，字符串长度
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
，字符串容量
cout<<strlen(b)<<endl; // 6
，字符串长度
cout<<strlen(b)<<endl; // 20
，字符串容量
cout<<sizeof(s)<<endl; // 12,
这里不代表字符串的长度，而是
string
类的大小
cout<<strlen(s)<<endl; //
错误！
s
不是一个字符指针。
a[1] = '';
cout<<strlen(a)<<endl; // 1
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
，
sizeof
是恒定的
因空间已开辟
strlen
是寻找从指定地址开始，到出现的第一个
0
之间的字符个数，他是在运行阶段执行的，而
sizeof
是得到数据的大小，在这里是得到字符串的容量。
所以对同一个对象而言，
sizeof
的值是恒定的。
string
是
C++
类型的字符串，他是一个类，所以
sizeof(s)
表示的并不是字符串的长度，而是类
string
的大小。
strlen(s)
根本就是错误的，因为
strlen
的参数是一个字符指针，如果想用
strlen
得到
s
字符串的长度，应该使用
sizeof(s.c_str())
，因为
string
的成员函数
c_str()
返回的是字符串的首地址。实际上，
string
类提供了自己的成员函数来得到字符串的容量和长度，分别是
Capacity()
和
Length()
。
string
封装了常用了字符串操作，所以在
C++
开发过程中，最好使用
string
代替
C
类型的字符串。
8
、从
union
的
sizeof
问题看
cpu
的对界
考虑下面问题：（默认对齐方式）
union u
{
double a;
int b;
};
union u2
{
char a[13];
int b;
};
union u3
{
char a[13];
char b;
};
cout<<sizeof(u)<<endl; // 8
cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13
都知道
union
的大小取决于它所有的成员中，占用空间最大的一个成员的大小。所以对于
u
来说，大小就是最大的
double
类型成员
a
了，所以
sizeof(u)=sizeof(double)=8
。但是对于
u2
和
u3
，最大的空间都是
char[13]
类型的数组，为什么
u3
的大小是
13
，而
u2
是
16
呢？关键在于
u2
中的成员
int b
。由于
int
类型成员的存在，使
u2
的对齐方式变成
4
，也就是说，
u2
的大小必须在
4
的对界上
(
4
的倍数
)
，所以占用的空间变成了
16
（最接近
13
的对界）。
结论：复合数据类型，如
union
，
struct
，
class
的对齐方式为成员中对齐方式
最大的成员
的对齐方式。
顺便提一下
CPU
对界问题，
32
的
C++
采用
8
位对界来提高运行速度，所以编译器会尽量把数据放在它的对界上以提高内存命中率。对界是可以更改的，使用
#pragma pack(x)
宏可以改变编译器的对界方式，
默认是
8
。
C++
固有类型的对界取
编译器对界方式与自身大小中较小的一个
。例如，指定编译器按
2
对界，
int
类型的大小是
4
，则
int
的对界为
2
和
4
中较小的
2
。在默认的对界方式下，因为几乎所有的数据类型都不大于默认的对界方式
8
（除了
long double
），所以所有的固有类型的对界方式可以认为就是类型自身的大小。更改一下上面的程序：
#pragma pack(2)
union u2
{
char a[13];
int b;
};
union u3
{
char a[13];
char b;
};
#pragma pack(8)
cout<<sizeof(u2)<<endl; // 14
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13
由于手动更改对界方式为
2
，所以
int
的对界也变成了
2
，
u2
的对界取成员中最大的对界
，也是
2
了，所以此时
sizeof(u2)=14
。
结论：
C++
固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。
|
|
9 、 struct 的 sizeof 问题
因为对齐问题使结构体的 sizeof 变得比较复杂，
看下面的例子： ( 默认对齐方式下 )
struct s1{
char a;
double b;
int c;
char d;
};
struct s2{
char a;
char b;
int c;
double d;
};
cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 16
同样是两个 char 类型，一个 int 类型，一个 double 类型，但是
因为对界问题，导致他们的大小不同。计算结构体大小可以采用
元素摆放法，我举例子说明一下：首先， CPU 判断结构体的对界，
根据上一节的结论， s1 和 s2 的对界都取最大的元素类型，也就是
double 类型的对界 8 。然后开始摆放每个元素。
对于 s1 ，首先把 a 放到 8 的对界，假定是 0 ，此时下一个空闲的地址
是 1 ，但是下一个元素 b 是 double 类型，要放到 8 的对界上，离 1
最接近的地址是 8 了，所以 b 被放在了 8 ，此时下一个空闲地址变成
了 16 ，下一个元素 c 的对界是 4 ， 16 可以满足，所以 c 放在了 16 ，
此时下一个空闲地址变成了 20 ，下一个元素 d 需要对界 1 ，也正好
落在对界上，所以 d 放在了 20 ，结构体在地址 21 处结束。由于 s1
的 大小需要是 8 的倍数 ，所以 21-23 的空间被保留， s1 的大小变成
了 24 。
对于 s2 ，首先把 a 放到 8 的对界，假定是 0 ，此时下一个空闲地址
是 1 ，下一个元素的对界也是 1 ，所以 b 摆放在 1 ，下一个空闲地址
变成了 2 ；下一个元素 c 的对界是 4 ，所以取离 2 最近的地址 4 摆放 c( 4 个字节作一个单位，第一个单位已被占用 ) ，
下一个空闲地址变成了 8 ，下一个元素 d 的对界是 8 ，所以 d 摆放在 8 ，
所有元素摆放完毕，结构体在 15 处结束，占用总空间为 16 ，正好
是 8 的倍数。
这里有个陷阱，对于结构体中的结构体成员，不要认为它的
对齐方式就是他的大小，看下面的例子：
struct s1{
char a[8];
};
struct s2{
double d;
};
struct s3{
s1 s;
char a;
};
struct s4{
s2 s;
char a;
};
cout<<sizeof(s1)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s3)<<endl; // 9
cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16;
s1 和 s2 大小虽然都是 8 ，但是 s1 的对齐方式是 1 ， s2 是 8 （ double ），
所以在 s3 和 s4 中才有这样的差异。所以，在自己定义结构体的时候，如果空间紧张的话，最好考虑
对齐因素来排列结构体里的元素。
10 、不要让 double 干扰你的位域
在结构体和类中，可以使用位域来规定某个成员所能占用的空间，
所以 使用位域能在一定程度上节省结构体占用的空间 。
不过考虑下面的代码：
struct s1{
int i: 8;
int j: 4;
double b;
int a:3;
};
struct s2{
int i;
int j;
double b;
int a;
};
struct s3{
int i;
int j;
int a;
double b;
};
struct s4{
int i: 8;
int j: 4;
int a:3;
double b;
};
cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s3)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16
可以看到，有 double 存在会干涉到位域（ sizeof 的算法参考上
一节），所以使用位域的的时候，最好把 float 类型和 double
类型放在程序的 开始或者最后 。
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
sizeof
在求结构大小时的使用及
sizeof
主要用法
分享到：
发表评论
wapysun
最新评论
|
评论