sizeof()

在写程序的时候遇到了如何求字符串占多少长度的内存空间问题。先看一行代码：

std::string s("hello");

sizeof(s)

结果有点出人意料，竟然是4。

 

百思不得其解，于是google求助，找到一个博客讲解的比较清楚：http://www.cnblogs.com/wanghetao/archive/2012/04/04/2431760.html

 

既然决定以后写博客的时候，不在ctrl+c、ctrl+v了，所以写写个人的理解与总结。

1.定义：

首先来看primer给出的定义：sizeof操作符的作用是返回一个对象或者类型名的长度，长度的单位是字节，返回值的类型为size_t. 也就是说，sizeof可以用来求一个对象或者一个类型所占的内存空间的大小。但其实在求一个std::string类型对象所占的内存大小的时候，一般用size()或者length()方法，这两个方法的返回值也是size_t。

 

2.举例：

string strArr[] = {"Trend", "Micro", "Soft"};

sizeof(strArr);

结果为12.

 

解释：string的具体实现，可能在各个库里可能不同。但在同一个库中，无论你的string里存放在多少个字符串，其sizeof的结果都是一样的。字符串所占的空间是从heap动态分配的，与sizeof无关。

 

 

3.让人略感意外的一些例子

（1）int a = 0;

        cout<<sizeof(a = 3)<<endl;

        cout<<a<<endl;

结果：4

         0

不是想象中的4 、 3.

解释：是因为sizeof在编译时处理的特征。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。

（2） char strArr[] = "abcdef"; //end with null terminator 

        int intArr[20] = {2, 5};

        char strArr2[2][3] = {"aa", "bb"};

sizeof(strArr) = 7;

sizeof(intArr) = 80;

sizeof(strArr2) = 6;

 

 

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。

 

 

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<<sizeof(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] = '\0';

cout<<strlen(a)<<endl;   // 1

cout<<sizeof(a)<<endl;   // 7，sizeof是恒定的

    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。

 

简而言之就是：strlen接收一个指针，计算指针所指向的内存空间中所占的字符个数，亦即字符串长度，统计的时候，不统计'\0'字符，也就是不把终止符计算在内。而sizeof计算一个类型长度，或者对象所占的内存空间大小，计算的时候要把终止符计算在内的。

 

 

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d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d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，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。

#pragma pack(2) //手动更改对齐方式为每2个字节对齐一次。

 

 

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。

位结构体的内存分配方式，按定义的先后顺序来分配!!!如果一个位域A在另一个位域B之前定义，那么位域A将存储在比B小的位地址中.如果一个位域有多个位时，各个位的排列顺序通常是按CPU的端模式(Endianess）来进行的，即在大端模式(bigendian）下，高有效位在低位地址，小端模式则相反。

可以通过以下的两个例子来说明：即如果一个类型宽度可容纳下多个位域，则在类型宽度大小内，后定义的位域在高位，先定义的在低位。如果容不下，则先在一个类型宽度内尽可能多的位域，存放时先定义的在低位后定义的在高位，一个类型宽度之后，紧接着定义的存放在后续的较大的地址。

structmybitfields
{
unsigned short a : 4;
unsigned short b : 5;
unsigned short c : 7;
}test;

void main(void)
{
int i;
test.a=2;
test.b=3;
test.c=0;
i=*((short *)&test);
printf("%d ",i);
}

在执行i=*((short *)&test);时，取从地址&test开始两个字节（short占两个字节）的内容转化为short型数据，即为0x0032，再转为int型为0x00000032，即50。输出的结果就是50。

一个short类型占2字节，能够容下所有的位域。则在类型宽度内，后定义的在高位，先定义的在低位。

结果为0x0032

struct mybitfield{
char a:4;
char b:3;
char aa;
char c:1;}test;

int main(int argc, char* argv[])
{
int i;
test.a = 1;
test.b = 1;
test.aa = 1;
test.c = 1;

i=*((short *)&test);
printf("%d /n",i);

return 0;
}

输出结果是273，化为十六进制数0x111，可见是按三个字节来处理了。

一个short类型宽度为2字节，容不下所有的test中的位域，则在一个类型宽度内，尽可能多的存放位域，先定义的在较小的地址，后定义的在较大的地址。即（aa，b，a） 然后在放（c）。

结果为0x0111。验证了以上总结。

http://blog.csdn.net/shifters/article/details/7558046 参考【位结构体中冒号的意义】。