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<转>c语言中的sizeof(面试、笔试常考)

 
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大部分公司在招聘技术职位面试的时候,都会考c语言基础,而sizeof是他们最喜欢考的知识点,现总结如下:

1、定义
      sizeof是C语言的一种单目操作符,它并不是函数。sizeof操作符以字节形式给出了其操作数所占存储空间的大小。操作数可以是一个表达式或括在括号内的类型名。操作数所占存储空间的大小由操作数的类型决定。作用就是返回一个对象或者类型所占的内存字节数。

2、语法

sizeof有如下三种语法形式:
(1) sizeof( object ); // sizeof( 对象 );
(2) sizeof( type_name ); // sizeof( 类型 );
(3) sizeof object; // sizeof 对象;
所以,
   int i;
   sizeof( i );    // ok
   sizeof i;       // ok
   sizeof( int );  // ok
   sizeof int;     // error
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()
   {
       sz = sizeof( foo() );
        /*foo() 的返回值类型为char,所以sz = sizeof(char ),foo()并不会被调*/
       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sizeof操作符不能用于函数类型,不完全类型或位字段。不完全类型指具有未知存储大小的数据类型,如未知存储大小的数组类型、未知内容的结构或联合类型、void类型等。下面这些写法都是错误的:
   sizeof( foo );  // error
   void foo2() { }
   sizeof( foo2() );  // error
   struct S
   {
      unsigned int f1 : 1;  // error 属于位字段
      unsigned int f2 : 5;
      unsigned int f3 : 12;
   };

   sizeof( S.f1 );  // error

3、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

指针是来存放地址的,那么sizeof指针变量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

   指针变量的sizeof值与指针所指的对象没有任何关系。

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?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foo3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。这是因为结构体遵循字节对齐原则,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。
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)。
由于结构体的成员可以是复合类型,比如另外一个结构体,所以在寻找最宽基本类型成员时,应当包括复合类型成员的子成员,而不是把复合成员看成是一个整体。但在确定复合类型成员的偏移位置时则是将复合类型作为整体看待。
这里叙述起来有点拗口,思考起来也有点挠头,还是让我们看看例子吧:
   struct S3
   {
      char c1;
      S1 s;
   char c2

   };

S1的最宽简单成员的类型为int,S3在考虑最宽简单类型成员时是将S1“打散”看的,所以S3的最宽简单类型为int,这样,通过S3定义的变量,其存储空间首地址需要被4整除,整个sizeof(S3)的值也应该被4整除。sizeof(S3)的值为16。

到这里,朋友们应该对结构体的sizeof有了一个全新的认识,但不要高兴得太早,有一个影响sizeof的重要参量还未被提及,那便是编译器的pack指令。它是用来调整结构体对齐方式的,不同编译器名称和用法略有不同,VC6中通过#pragma pack实现,也可以直接修改/Zp编译开关。#pragma pack的基本用法为:#pragma pack( n ),n为字节对齐数,其取值为1、2、4、8、16,默认是8,如果这个值比结构体成员的sizeof值小,那么该成员的偏移量应该以此值为准,即是说,结构体成员的偏移量应该取二者的最小值,公式如下:

   offsetof( item ) = min( n, sizeof( item ) )
再看示例:
   #pragma pack(push) // 将当前pack设置压栈保存
   #pragma pack(2)    // 必须在结构体定义之前使用
   struct S1
   {
      char c;
      int i;
   };
   struct S3   
   {
      char c1;
      S1 s;
      char c2
   };

   #pragma pack(pop) // 恢复先前的pack设置

计算sizeof(S1)时,min(2, sizeof(i))的值为2,所以i的偏移量为2,加上sizeof(i)等于6,能够被2整除,所以整个S1的大小为6。同样,对于sizeof(S3),s的偏移量为2,c2的偏移量为8,加上sizeof(c2)等于9,不能被2整除,添加一个填充字节,所以sizeof(S3)等于10。

注意,“空结构体”(不含数据成员)的大小不为0,而是1。

8、含位域结构体的sizeof

前面已经说过,位域成员不能单独被取sizeof值,我们这里要讨论的是含有位域的结构体的sizeof,只是考虑到其特殊性而将其专门列了出来。
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。
   示例1:
   struct BF1
   {
      char f1 : 3;
      char f2 : 4;
      char f3 : 5;
   };
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。

9、联合体的sizeof

结构体在内存组织上是顺序式的,联合体则是重叠式,各成员共享一段内存,所以整个联合体的sizeof也就是每个成员sizeof的最大值。结构体的成员也可以是复合类型,这里,复合类型成员是被作为整体考虑的。
所以,下面例子中,U的sizeof值等于sizeof(s)。
   struct S1
   {
      char f1;
      int f2;
      char *f3;
   };
   union U
   {
      int i;
      char c;
      S1 s;

   };  

原文链接:

http://www.cnblogs.com/whusl/archive/2011/09/26/2345761.html

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