C面試sizeof詳解

1、定義

sizeof是C語言的一種單目操作符，它并不是函數。sizeof操作符以字節形式給出了其操作數所占存儲空間的大小。操作數可以是一個表達式或括在括號內的類型名。操作數所占存儲空間的大小由操作數的類型決定。作用就是返回一個對象或者類型所占的內存字節數。

2、語法

sizeof有如下三種語法形式：

(1) sizeof( object ); // sizeof( 對象 );

(2) sizeof( type_name ); // sizeof( 類型 );

(3) sizeof object; // sizeof 對象;

所以，

int i;

sizeof( i ); // ok

sizeof i; // ok

sizeof( int ); // ok

sizeof int; // error

實際上，sizeof計算對象的大小也是轉換成對對象類型的計算，也就是說，同種類型的不同對象其sizeof值都是一致的。這里，對象可以進一步延伸至表達式，即sizeof可以對一個表達式求值，編譯器根據表達式的最終結果類型來確定大小，一般不會對表達式進行計算。

如：

sizeof(2); //2的類型為int，所以等價于 sizeof( int );

sizeof( 2 + 3.14 ); // 3.14的類型為double，2也會被提升成double類型，所以等價于 sizeof( double );

sizeof也可以對一個函數調用求值，其結果是函數返回類型的大小，函數并不會被調用，我們來看一個完整的例子：

char foo()

{

printf(“foo() has been called.\n”);

return ‘a’;

}

int main()

{

sz = sizeof( foo() );

/foo() 的返回值類型為char，所以sz = sizeof(char )，foo()并不會被調/

printf(“sizeof( foo() ) = %d\n”, sz);

}

C99標準規定，函數、不能確定類型的表達式以及位域（bit-field）成員不能被計算sizeof值，即sizeof操作符不能用于函數類型，不完全類型或位字段。不完全類型指具有未知存儲大小的數據類型，如未知存儲大小的數組類型、未知內容的結構或聯合類型、void類型等。下面這些寫法都是錯誤的：

sizeof( foo ); // error

void foo2() { }

sizeof( foo2() ); // error

struct S

{

unsigned int f1 : 1; // error 屬于位字段

unsigned int f2 : 5;

unsigned int f3 : 12;

};

sizeof( S.f1 ); // error

3、sizeof的常量性

sizeof的計算發生在編譯時刻，所以它可以被當作常量表達式使用，如：

char ary[ sizeof( int ) * 10 ]; // ok

最新的C99標準規定sizeof也可以在運行時刻進行計算，如下面的程序在Dev-C++中可以正確執行：

int n;

n = 10; // n動態賦值

char ary[n]; // C99也支持數組的動態定義

printf("%d\n", sizeof(ary)); // ok. 輸出10

但在沒有完全實現C99標準的編譯器中就行不通了，上面的代碼在VC6中就通不過編譯。所以我們最好還是認為sizeof是在編譯期執行的，這樣不會帶來錯誤，讓程序的可移植性強些。

4、基本數據類型的sizeof

這里的基本數據類型指short、int、long、float、double這樣的簡單內置數據類型，由于它們都是和系統相關的，所以在不同的系統下取值可能不同，這務必引起我們的注意，盡量不要在這方面給自己程序的移植造成麻煩。

一般的，在32位編譯環境中，sizeof(int)的取值為4。

5、指針變量的sizeof

指針是來存放地址的，那么sizeof指針變量當然等于計算機內部地址總線的寬度。所以在32位計算機中，一個指針變量的返回值必定是4（注意結果是以字節為單位），可以預計，在將來的64位系統中指針變量的sizeof結果為8。

char* pc = “abc”;

int* pi;

string* ps;

char** ppc = &pc;

void (*pf)(); // 函數指針

sizeof( pc ); // 結果為4

sizeof( pi ); // 結果為4

sizeof( ps ); // 結果為4

sizeof( ppc ); // 結果為4

sizeof( pf ); // 結果為4

指針變量的sizeof值與指針所指的對象沒有任何關系。

6、數組的sizeof

數組的sizeof值等于數組所占用的內存字節數，如：

char a1[] = “abc”;

int a2[3];

sizeof( a1 ); // 結果為4，字符末尾還存在一個NULL終止符

sizeof( a2 ); // 結果為3*4=12（依賴于int）

一些朋友剛開始時把sizeof當作了求數組元素的個數，現在，你應該知道這是不對的，那么應該怎么求數組元素的個數呢？通常有下面兩種寫法：

int c1 = sizeof( a1 ) / sizeof( char ); // 總長度/單個元素的長度

int c2 = sizeof( a1 ) / sizeof( a1[0] ); // 總長度/第一個元素的長度

寫到這里，提一問，下面的c3，c4值應該是多少呢？

void foo3(char a3[3])

{

int c3 = sizeof( a3 ); // c3 ==

}

void foo4(char a4[])

{

int c4 = sizeof( a4 ); // c4 ==

}

也許當你試圖回答c4的值時已經意識到c3答錯了，是的，c3!=3。這里函數參數a3已不再是數組類型，而是蛻變成指針，相當于char* a3，為什么？仔細想想就不難明白，我們調用函數foo3時，程序會在棧上分配一個大小為3的數組嗎不會！數組是“傳址”的，調用者只需將實參的地址傳遞過去，所以a3自然為指針類型(char*），c3的值也就為4。

7、結構體的sizeof

這是初學者問得最多的一個問題，所以這里有必要多費點筆墨。讓我們先看一個結構體

struct S1

{

char c;

int i;

};

問sizeof(s1)等于多少聰明的你開始思考了，char占1個字節，int占4個字節，那么加起來就應該是5。是這樣嗎？你在你機器上試過了嗎？也許你是對的，但很可能你是錯的！VC6中按默認設置得到的結果為8。這是因為結構體遵循字節對齊原則，為什么需要字節對齊？計算機組成原理教導我們這樣有助于加快計算機的取數速度，否則就得多花指令周期了。為此，編譯器默認會對結構體進行處理（實際上其它地方的數據變量也是如此），讓寬度為2的基本數據類型（short等）都位于能被2整除的地址上，讓寬度為4的基本數據類型（int等）都位于能被4整除的地址上，以此類推。這樣，兩個數中間就可能需要加入填充字節，所以整個結構體的sizeof值就增長了。

字節對齊的細節和編譯器實現相關，但一般而言，滿足三個準則：

(1) 結構體變量的首地址能夠被其最寬基本類型成員的大小所整除；

(2) 結構體每個成員相對于結構體首地址的偏移量（offset）都是成員大小的整數倍，如有需要編譯器會在成員之間加上填充字節（internal adding）；

(3) 結構體的總大小為結構體最寬基本類型成員大小的整數倍，如有需要編譯器會在最末一個成員之后加上填充字節（trailing padding）。

由于結構體的成員可以是復合類型，比如另外一個結構體，所以在尋找最寬基本類型成員時，應當包括復合類型成員的子成員，而不是把復合成員看成是一個整體。但在確定復合類型成員的偏移位置時則是將復合類型作為整體看待。

這里敘述起來有點拗口，思考起來也有點撓頭，還是讓我們看看例子吧：

struct S3

{

char c1;

S1 s;

char c2

};

S1的最寬簡單成員的類型為int，S3在考慮最寬簡單類型成員時是將S1“打散”看的，所以S3的最寬簡單類型為int，這樣，通過S3定義的變量，其存儲空間首地址需要被4整除，整個sizeof(S3)的值也應該被4整除。sizeof(S3)的值為16。

到這里，朋友們應該對結構體的sizeof有了一個全新的認識，但不要高興得太早，有一個影響sizeof的重要參量還未被提及，那便是編譯器的pack指令。它是用來調整結構體對齊方式的，不同編譯器名稱和用法略有不同，VC6中通過#pragma pack實現，也可以直接修改/Zp編譯開關。#pragma pack的基本用法為：#pragma pack( n )，n為字節對齊數，其取值為1、2、4、8、16，默認是8，如果這個值比結構體成員的sizeof值小，那么該成員的偏移量應該以此值為準，即是說，結構體成員的偏移量應該取二者的最小值，公式如下：

offsetof( item ) = min( n, sizeof( item ) )

再看示例：

#pragma pack(push) // 將當前pack設置壓棧保存

#pragma pack(2) // 必須在結構體定義之前使用

struct S1

{

char c;

int i;

};

struct S3

{

char c1;

S1 s;

char c2

};

#pragma pack(pop) // 恢復先前的pack設置

計算sizeof(S1)時，min(2, sizeof(i))的值為2，所以i的偏移量為2，加上sizeof(i)等于6，能夠被2整除，所以整個S1的大小為6。同樣，對于sizeof(S3)，s的偏移量為2，c2的偏移量為8，加上sizeof(c2)等于9，不能被2整除，添加一個填充字節，所以sizeof(S3)等于10。

注意，“空結構體”（不含數據成員）的大小不為0，而是1。

8、含位域結構體的sizeof

前面已經說過，位域成員不能單獨被取sizeof值，我們這里要討論的是含有位域的結構體的sizeof，只是考慮到其特殊性而將其專門列了出來。

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。

示例1：

struct BF1

{

char f1 : 3;

char f2 : 4;

char f3 : 5;

};

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。

9、聯合體的sizeof

結構體在內存組織上是順序式的，聯合體則是重疊式，各成員共享一段內存，所以整個聯合體的sizeof也就是每個成員sizeof的最大值。結構體的成員也可以是復合類型，這里，復合類型成員是被作為整體考慮的。

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;

};

轉載：https://www.cnblogs.com/xuyuantao/archive/2010/08/15/1800266.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C语言中sizeof详解——面试C/C++的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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