結構體對齊的具體含義 ( #pragma pack )
#pragma
pack
(4)
class TestB
{
public:
int aa;
char a;
short b;
char c;
};
int nSize = sizeof(TestB);
這里
nSize
結果為
12
,在預料之中。
現在去掉第一個成員變量為如下代碼:
#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
的結果應該是
8
,為什么結果顯示
nSize
為
6
呢?
事實上,很多人對
#pragma
pack
的理解是錯誤的。
#pragma
pack
規定的對齊長度,實際使用的規則是:
結構,聯合,或者類的數據成員,第一個放在偏移為
0
的地方,以后每個數據成員的對齊,按照
#pragma
pack
指定的數值和這個數據成員自身長度中,
比較小
的那個進行。
也就是說,當
#pragma
pack
的值等于或超過所有數據成員長度的時候,這個值的大小將不產生任何效果。
而
結構整體
的對齊,則按照結構體中最大的數據成員 和
#pragma
pack
指定值 之間,較小的那個進行。
具體解釋
#pragma
pack
(4)
class TestB
{
public:
int aa; //
第一個成員,放在
[0,3]
偏移的位置,
char a; //
第二個成員,自身長為
1
,
#pragma
pack
(4),
取小值,也就是
1
,所以這個成員按一字節對齊,放在偏移
[4]
的位置。
short b; //
第三個成員,自身長
2
,
#pragma
pack
(4)
,取
2
,按
2
字節對齊,所以放在偏移
[6,7]
的位置。
char c; //
第四個,自身長為
1
,放在
[8]
的位置。
};
這個類實際占據的內存空間是
9
字節
類之間的對齊,
是按照類內部最大的成員的長度
,和
#pragma
pack
規定的值之中
較小的一個對
齊的。
所以這個例子中,類之間對齊的長度是
min(sizeof(int),4)
,也就是
4
。
9
按照
4
字節圓整的結果是
12
,所以
sizeof(TestB)
是
12
。
起始倍數曰對齊,
體內對齊,自身 pra 取小值,
體間對齊,最大 pra 取小值,
體間上取整
如果
#pragma
pack
(2)
class TestB
{
public:
int aa; //
第一個成員,放在
[0,3]
偏移的位置,
char a; //
第二個成員,自身長為
1
,
#pragma
pack
(4),
取小值,也就是
1
,所以這個成員按一字節對齊,放在偏移
[4]
的位置。
short b; //
第三個成員,自身長
2
,
#pragma
pack
(4)
,取
2
,按
2
字節對齊,所以放在偏移
[6,7]
的位置。
char c; //
第四個,自身長為
1
,放在
[8]
的位置。
};
//
可以看出,上面的位置完全沒有變化,只是類之間改為按
2
字節對齊,
9
按
2
圓整的結果是
10
。
//
所以
sizeof(TestB)
是
10
。
最后看原貼:
現在去掉第一個成員變量為如下代碼:
#pragma
pack
(4)
class TestC
{
public:
char a;//
第一個成員,放在
[0]
偏移的位置,
short b;//
第二個成員,自身長
2
,
#pragma
pack
(4)
,取
2
,按
2
字節對齊,所以放在偏移
[2,3]
的位置。
char c;//
第三個,自身長為
1
,放在
[4]
的位置。
};
//
整個類的大小是
5
字節,按照
min(sizeof(short),4)
字節對齊,也就是
2
字節對齊,結果是
6
//
所以
sizeof(TestC)
是
6
。
對於位域有如下規定 :
C99
規定
int
、
unsigned int
和
bool
可以作為位域類型,但編譯器幾乎都對此作了擴展,允許其它類型類型的存在。使用位域的主要目的是壓縮存儲,其大致規則為:
1)
如果相鄰位域字段的類型相同,且其位寬之和小于類型的
sizeof
大小,則后面的字段將緊鄰前一個字段存儲,直到不能容納為止;
2)
如果相鄰位域字段的類型相同,但其位寬之和大于類型的
sizeof
大小,則后面的字段將從新的存儲單元開始,其偏移量為其類型大小的整數倍;
3)
如果相鄰的位域字段的類型不同,則各編譯器的具體實現有差異,
VC6
采取不壓縮方式,
Dev-C++
采取壓縮方式;
4)
如果位域字段之間穿插著非位域字段,則不進行壓縮;
5)
整個結構體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數倍。
還是讓我們來看看例子。
示例
1
:
struct BF1
{
char f1 : 3;
char f2 : 4;
char f3 : 5;
};
其內存布局為:
|_f1__|__f2__|_|____f3___|____|
|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|
0 3 7 8 1316
位域類型為
char
,第
1
個字節僅能容納下
f1
和
f2
,所以
f2
被壓縮到第
1
個字節中,而
f3
只
能從下一個字節開始。因此
sizeof(BF1)
的結果為
2
。
示例
2
:
struct BF2
{
char f1 : 3;
short f2 : 4;
char f3 : 5;
};
由于相鄰位域類型不同,在
VC6
中其
sizeof
為
6
,在
Dev-C++
中為
2
。
示例
3
:
struct BF3
{
char f1 : 3;
char f2;
char f3 : 5;
};
非位域字段穿插在其中,不會產生壓縮,在
VC6
和
Dev-C++
中得到的大小均為
3
。
Trackback: http://tb.blog.csdn.net/TrackBack.aspx?PostId=1331903
轉自 :http://rabbitlzx.blogbus.com/logs/2006/03/2094407.html
1
、什么是
sizeof
首先看一下
sizeof
在
msdn
上的定義:
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
這個字眼,是不是想到了函數?錯了,
sizeof
不是一個函數,你見過給一個函數傳參數,而不加括號的嗎?
sizeof
可以,所以
sizeof
不是函數。網上有人說
sizeof
是一元操作符,但是我并不這么認為,因為
sizeof
更像一個特殊的宏,它是在編譯階段求值的。舉個例子:
cout<<sizeof(int)<<endl; // 32
位機上
int
長度為
4
cout<<sizeof(1==2)<<endl; // ==
操作符返回
bool
類型,相當于
cout<<sizeof(bool)<<endl;
在編譯階段已經被翻譯為:
cout<<4<<endl;
cout<<1<<endl;
這里有個陷阱,看下面的程序:
int a = 0;
cout<<sizeof(a=3)<<endl;
cout<<a<<endl;
輸出為什么是
4
,
0
而不是期望中的
4
,
3
???就在于
sizeof
在編譯階段處理的特性。由于
sizeof
不能被編譯成機器碼,所以
sizeof
作用范圍內,也就是
()
里面的內容也不能被編譯,而是被替換成類型。
=
操作符返回左操作數的類型,所以
a=3
相當于
int
,而代碼也被替換為:
int a = 0;
cout<<4<<endl;
cout<<a<<endl;
所以,
sizeof
是不可能支持鏈式表達式的,這也是和一元操作符不一樣的地方。
結論:不要把
sizeof
當成函數,也不要看作一元操作符,把他當成一個特殊的編譯預處理。
2
、
sizeof
的用法
sizeof
有兩種用法:
(
1
)
sizeof(object)
也就是對對象使用
sizeof
,也可以寫成
sizeof object
的形式
(
2
)
sizeof(typename)
也就是對類型使用
sizeof
,注意這種情況下寫成
sizeof typename
是非法的。下面舉幾個例子說明一下:
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
類型的
object, sizeof object
的用法,合理
cout<<sizeof(2)<<endl; // 2
被解析成
int
類型的
object, sizeof(object)
的用法,合理
cout<<sizeof(int)<<endl;// sizeof(typename)
的用法,合理
cout<<sizeof int<<endl; //
錯誤!對于操作符,一定要加
()
可以看出,加
()
是永遠正確的選擇。
結論:不論
sizeof
要對誰取值,最好都加上
()
。
3
、數據類型的
sizeof
(
1
)
C++
固有數據類型
32
位
C++
中的基本數據類型,也就
char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double
大小分別是:
1
,
2
,
4
,
4
,
4
,
8, 10
。
考慮下面的代碼:
cout<<sizeof(unsigned int) == sizeof(int)<<endl; //
相等,輸出
1
unsigned
影響的只是最高位
bit
的意義,
數據長度不會被改變的
。
結論:
unsigned
不能影響
sizeof
的取值。
(
2
)自定義數據類型
typedef
可以用來定義
C++
自定義類型。考慮下面的問題:
typedef short WORD;
typedef long DWORD;
cout<<(sizeof(short) == sizeof(WORD))<<endl; //
相等,輸出
1
cout<<(sizeof(long) == sizeof(DWORD))<<endl; //
相等,輸出
1
結論:自定義類型的
sizeof
取值等同于它的類型原形。
(
3
)函數類型
考慮下面的問題:
int f1(){return 0;};
double f2(){return 0.0;}
void f3(){}
cout<<sizeof(f1())<<endl; // f1()
返回值為
int
,因此被認為是
int
cout<<sizeof(f2())<<endl; // f2()
返回值為
double
,因此被認為是
double
cout<<sizeof(f3())<<endl; //
錯誤!
無法對
void
類型使用
sizeof
cout<<sizeof(f1)<<endl; //
錯誤!無法對函數指針使用
sizeof
cout<<sizeof*f2<<endl; // *f2
,和
f2()
等價,因為可以看作
object
,所以括號不是必要的。被認為是
double
結論:對函數使用
sizeof
,在編譯階段會被函數返回值的類型取代。
4
、指針問題
考慮下面問題:
cout<<sizeof(string*)<<endl; // 4
cout<<sizeof(int*)<<endl; // 4
cout<<sizof(char****)<<endl; // 4
可以看到,
不管是什么類型的指針,
大小都是
4
的
,因為指針就是
32
位的物理地址。指針存放在
32
位物理地址中
結論:只要是指針,大小就是
4
。(
64
位機上要變成
8
也不一定)。
順便唧唧歪歪幾句,
C++
中的指針表示實際內存的地址。和
C
不一樣的是,
C++
中取消了模式之分,也就是不再有
small,middle,big,
取而代之的是統一的
flat
。
flat
模式采用
32
位實地址尋址,而不再是
c
中的
segment:offset
模式。舉個例子,假如有一個指向地址
f000:8888
的指針,如果是
C
類型則是
8888(16
位
,
只存儲位移,省略段
)
,
far
類型的
C
指針是
f0008888(32
位,高位保留段地址,地位保留位移
),C++
類型的指針是
f8888(32
位,相當于段地址
*16 +
位移,但尋址范圍要更大
)
。
5
、數組問題
考慮下面問題:
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
數組
a
的大小在定義時未指定,編譯時給它分配的空間是按照初始化的值確定的,也就是
7
。
c
是多維數組,占用的空間大小是各維數的乘積,也就是
6
??梢钥闯?,
數組的大小就是他在編譯時被分配的空間,也就是各維數的乘積
*
數組元素的大小。
結論:數組的大小是各維數的乘積
*
數組元素的大小。
這里有一個陷阱:
int *d = new int[10];
cout<<sizeof(d)<<endl; // 4
d
是我們常說的動態數組,但是他實質上還是一個指針,所以
sizeof(d)
的值是
4
。
再考慮下面的問題:
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
是一個很奇怪的定義,他表示一個指向
double*[3][6]
類型數組的指針。既然是指針,所以
sizeof(a)
就是
4
。
既然
a
是執行
double*[3][6]
類型的指針,
*a
就表示一個
double*[3][6]
的多維數組類型,因此
sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72
。同樣的,
**a
表示一個
double*[6]
類型的數組,所以
sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24
。
***a
就表示其中的一個元素,也就是
double*
了,所以
sizeof(***a)=4
。至于
****a
,就是一個
double
了,所以
sizeof(****a)=sizeof(double)=8
。
6
、向函數傳遞數組的問題
考慮下面的問題:
#include <iostream>
using namespace std;
int Sum(int i[])
{
int sumofi = 0;
for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) //
實際上,
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
得到數組的大小,然后求和。但是實際上,傳入自函數
Sum
的,只是一個
int
類型的指針,所以
sizeof(i)=4
,而不是
24
,所以會產生錯誤的結果。解決這個問題的方法使是用指針或者引用。
使用指針的情況:
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;
}
在這個
Sum
里,
i
是一個指向
i[6]
類型的指針,注意,這里不能用
int Sum(int (*i)[])
聲明函數,而是
必須指明要傳入的數組的大小,
不然
sizeof(*i)
無法計算。但是在這種情況下,再通過
sizeof
來計算數組大小已經沒有意義了,因為此時大小是指定為
6
的。
使用引用的情況和指針相似:
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;
}
這種情況下
sizeof
的計算同樣無意義,所以用數組做參數,而且需要遍歷的時候,函數應該有一個參數來說明數組的大小,而數組的大小在數組定義的作用域內通過
sizeof
求值。因此上面的函數正確形式應該是:
#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
考慮下面的問題:
char a[] = "abcdef";
char b[20] = "abcdef";
string s = "abcdef";
cout<<strlen(a)<<endl; // 6
,字符串長度
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
,字符串容量
cout<<strlen(b)<<endl; // 6
,字符串長度
cout<<strlen(b)<<endl; // 20
,字符串容量
cout<<sizeof(s)<<endl; // 12,
這里不代表字符串的長度,而是
string
類的大小
cout<<strlen(s)<<endl; //
錯誤!
s
不是一個字符指針。
a[1] = '';
cout<<strlen(a)<<endl; // 1
cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
,
sizeof
是恒定的
因空間已開辟
strlen
是尋找從指定地址開始,到出現的第一個
0
之間的字符個數,他是在運行階段執行的,而
sizeof
是得到數據的大小,在這里是得到字符串的容量。
所以對同一個對象而言,
sizeof
的值是恒定的。
string
是
C++
類型的字符串,他是一個類,所以
sizeof(s)
表示的并不是字符串的長度,而是類
string
的大小。
strlen(s)
根本就是錯誤的,因為
strlen
的參數是一個字符指針,如果想用
strlen
得到
s
字符串的長度,應該使用
sizeof(s.c_str())
,因為
string
的成員函數
c_str()
返回的是字符串的首地址。實際上,
string
類提供了自己的成員函數來得到字符串的容量和長度,分別是
Capacity()
和
Length()
。
string
封裝了常用了字符串操作,所以在
C++
開發過程中,最好使用
string
代替
C
類型的字符串。
8
、從
union
的
sizeof
問題看
cpu
的對界
考慮下面問題:(默認對齊方式)
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
的大小取決于它所有的成員中,占用空間最大的一個成員的大小。所以對于
u
來說,大小就是最大的
double
類型成員
a
了,所以
sizeof(u)=sizeof(double)=8
。但是對于
u2
和
u3
,最大的空間都是
char[13]
類型的數組,為什么
u3
的大小是
13
,而
u2
是
16
呢?關鍵在于
u2
中的成員
int b
。由于
int
類型成員的存在,使
u2
的對齊方式變成
4
,也就是說,
u2
的大小必須在
4
的對界上
(
4
的倍數
)
,所以占用的空間變成了
16
(最接近
13
的對界)。
結論:復合數據類型,如
union
,
struct
,
class
的對齊方式為成員中對齊方式
最大的成員
的對齊方式。
順便提一下
CPU
對界問題,
32
的
C++
采用
8
位對界來提高運行速度,所以編譯器會盡量把數據放在它的對界上以提高內存命中率。對界是可以更改的,使用
#pragma pack(x)
宏可以改變編譯器的對界方式,
默認是
8
。
C++
固有類型的對界取
編譯器對界方式與自身大小中較小的一個
。例如,指定編譯器按
2
對界,
int
類型的大小是
4
,則
int
的對界為
2
和
4
中較小的
2
。在默認的對界方式下,因為幾乎所有的數據類型都不大于默認的對界方式
8
(除了
long double
),所以所有的固有類型的對界方式可以認為就是類型自身的大小。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
由于手動更改對界方式為
2
,所以
int
的對界也變成了
2
,
u2
的對界取成員中最大的對界
,也是
2
了,所以此時
sizeof(u2)=14
。
結論:
C++
固有類型的對界取編譯器對界方式與自身大小中較小的一個。
|
9 、 struct 的 sizeof 問題
因為對齊問題使結構體的 sizeof 變得比較復雜,
看下面的例子: ( 默認對齊方式下 )
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
同樣是兩個 char 類型,一個 int 類型,一個 double 類型,但是
因為對界問題,導致他們的大小不同。計算結構體大小可以采用
元素擺放法,我舉例子說明一下:首先, CPU 判斷結構體的對界,
根據上一節的結論, s1 和 s2 的對界都取最大的元素類型,也就是
double 類型的對界 8 。然后開始擺放每個元素。
對于 s1 ,首先把 a 放到 8 的對界,假定是 0 ,此時下一個空閑的地址
是 1 ,但是下一個元素 b 是 double 類型,要放到 8 的對界上,離 1
最接近的地址是 8 了,所以 b 被放在了 8 ,此時下一個空閑地址變成
了 16 ,下一個元素 c 的對界是 4 , 16 可以滿足,所以 c 放在了 16 ,
此時下一個空閑地址變成了 20 ,下一個元素 d 需要對界 1 ,也正好
落在對界上,所以 d 放在了 20 ,結構體在地址 21 處結束。由于 s1
的 大小需要是 8 的倍數 ,所以 21-23 的空間被保留, s1 的大小變成
了 24 。
對于 s2 ,首先把 a 放到 8 的對界,假定是 0 ,此時下一個空閑地址
是 1 ,下一個元素的對界也是 1 ,所以 b 擺放在 1 ,下一個空閑地址
變成了 2 ;下一個元素 c 的對界是 4 ,所以取離 2 最近的地址 4 擺放 c( 4 個字節作一個單位,第一個單位已被占用 ) ,
下一個空閑地址變成了 8 ,下一個元素 d 的對界是 8 ,所以 d 擺放在 8 ,
所有元素擺放完畢,結構體在 15 處結束,占用總空間為 16 ,正好
是 8 的倍數。
這里有個陷阱,對于結構體中的結構體成員,不要認為它的
對齊方式就是他的大小,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 大小雖然都是 8 ,但是 s1 的對齊方式是 1 , s2 是 8 ( double ),
所以在 s3 和 s4 中才有這樣的差異。所以,在自己定義結構體的時候,如果空間緊張的話,最好考慮
對齊因素來排列結構體里的元素。
10 、不要讓 double 干擾你的位域
在結構體和類中,可以使用位域來規定某個成員所能占用的空間,
所以 使用位域能在一定程度上節省結構體占用的空間 。
不過考慮下面的代碼:
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 存在會干涉到位域( sizeof 的算法參考上
一節),所以使用位域的的時候,最好把 float 類型和 double
類型放在程序的 開始或者最后 。
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
sizeof
在求結構大小時的使用及
sizeof
主要用法
發表評論
最新評論
|
更多文章、技術交流、商務合作、聯系博主
微信掃碼或搜索:z360901061

微信掃一掃加我為好友
QQ號聯系: 360901061
您的支持是博主寫作最大的動力,如果您喜歡我的文章,感覺我的文章對您有幫助,請用微信掃描下面二維碼支持博主2元、5元、10元、20元等您想捐的金額吧,狠狠點擊下面給點支持吧,站長非常感激您!手機微信長按不能支付解決辦法:請將微信支付二維碼保存到相冊,切換到微信,然后點擊微信右上角掃一掃功能,選擇支付二維碼完成支付。
【本文對您有幫助就好】元

評論