sizeof -----------转载

1. 定义：

      sizeof是C/C++中的一个操作符（operator），简单的说其作用就是返回一个对象或者类型所占的内存字节数。

　　MSDN上的解释为：

　　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.

　　其返回值类型为size_t，在头文件stddef.h中定义。这是一个依赖于编译系统的值，一般定义为

　　typedef unsigned int size_t;

　　世上编译器林林总总，但作为一个规范，它们都会保证char、signed char和unsigned

　　char的sizeof值为1，毕竟char是我们编程能用的最小数据类型。

　　2. 语法：

　　sizeof有三种语法形式，如下：

　　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

　　既然写法3可以用写法1代替，为求形式统一以及减少我们大脑的负担，第3种写法，忘掉它吧！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()

　　{

　　size_t sz = sizeof( foo() ); // foo() 的返回值类型为char，所以sz = sizeof(char )，foo()并不会被调用

　　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;

　　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。

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4. 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。

　　Why为什么受伤的总是我

　　请不要沮丧，我们来好好琢磨一下sizeof的定义——sizeof的结果等于对象或者类型所占的内存字节数，好吧，那就让我们来看看S1的内存分配情况：

　　S1 s1 = { 'a', 0xFFFFFFFF };

　　定义上面的变量后，加上断点，运行程序，观察s1所在的内存，你发现了什么

　　以我的VC6.0为例，s1的地址为0x0012FF78，其数据内容如下：

　　0012FF78: 61 CC CC CC FF FF FF FF

　　发现了什么怎么中间夹杂了3个字节的CC看看MSDN上的说明：

　　When applied to a structure type or variable, sizeof returns the actual size, which may include padding bytes inserted for alignment.

　　原来如此，这就是传说中的字节对齐啊！一个重要的话题出现了。

 

　　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。

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一、什么是对齐，以及为什么要对齐：

1. 现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。

2. 对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台的要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为 32位）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该int数据。显然在读取效率上下降很多。这也是空间和时间的博弈。

二、对齐的实现

通常，我们写程序的时候，不需要考虑对齐问题。编译器会替我们选择适合目标平台的对齐策略。当然，我们也可以通知给编译器传递预编译指令而改变对指定数据的对齐方法。

但是，正因为我们一般不需要关心这个问题，所以因为编辑器对数据存放做了对齐，而我们不了解的话，常常会对一些问题感到迷惑。最常见的就是struct数据结构的sizeof结果，出乎意料。为此，我们需要对对齐算法所了解。

对齐的算法：

由于各个平台和编译器的不同，现以本人使用的gcc version 3.2.2编译器（32位x86平台）为例子，来讨论编译器对struct数据结构中的各成员如何进行对齐的。

设结构体如下定义：

struct A {

    int a;

    char b;

    short c;

};

结构体A中包含了4字节长度的int一个，1字节长度的char一个和2字节长度的short型数据一个。所以A用到的空间应该是7字节。但是因为编译器要对数据成员在空间上进行对齐。

所以使用sizeof(strcut A)值为8。

现在把该结构体调整成员变量的顺序。

struct B {

    char b;

    int a;

    short c;

};

这时候同样是总共7个字节的变量，但是sizeof(struct B)的值却是12。

下面我们使用预编译指令#pragma pack (value)来告诉编译器，使用我们指定的对齐值来取代缺省的。

#progma pack (2) /*指定按2字节对齐*/

struct C {

    char b;

    int a;

    short c;

};

#progma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/

sizeof(struct C)值是8。

 

修改对齐值为1：

#progma pack (1) /*指定按1字节对齐*/

struct D {

    char b;

    int a;

    short c;

};

#progma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/

sizeof(struct D)值为7。

 

对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其自身对齐值为4，单位字节。

这里面有四个概念值：

1)数据类型自身的对齐值：就是上面交代的基本数据类型的自身对齐值。

2)指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。

3)结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。

4)数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中较小的那个值。

有了这些值，我们就可以很方便的来讨论具体数据结构的成员和其自身的对齐方式。有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值，最重要。有效对齐N，就是表示“对齐在N上”，也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整(就是结构体成员变量占用总长度需要是对结构体有效对齐值的整数倍，结合下面例子理解)。这样就不难理解上面的几个例子的值了。

例子分析：

分析例子B；

struct B {

    char b;

    int a;

    short c;

};

假设B从地址空间0x0000开始排放。该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4。第一个成员变量b的自身对齐值是1，比指定或者默认指定对齐值4小，所以其有效对齐值为1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第二个成员变量a，其自身对齐值为4，所以有效对齐值也为 4，所以只能存放在起始地址为0x0004到0x0007这四个连续的字节空间中，复核0x0004%4=0,且紧靠第一个变量。第三个变量c,自身对齐值为2，所以有效对齐值也是2，可以存放在0x0008到0x0009这两个字节空间中，符合0x0008%2=0。所以从0x0000到0x0009存放的都是B内容。再看数据结构B的自身对齐值为其变量中最大对齐值(这里是b） (转注：应该是a)所以就是4，所以结构体的有效对齐值也是4。根据结构体圆整的要求， 0x0009到0x0000=10字节，（10＋2）％4＝0。所以0x0000A到0x000B也为结构体B所占用。故B从0x0000到0x000B 共有12个字节,sizeof(struct B)=12;

 

同理,分析上面例子C：

#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/

struct C {

    char b;

    int a;

    short c;

};

#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/

第一个变量b的自身对齐值为1，指定对齐值为2，所以，其有效对齐值为1，假设C从0x0000开始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1= 0;第二个变量，自身对齐值为4，指定对齐值为2，所以有效对齐值为2，所以顺序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四个连续字节中，符合0x0002%2=0。第三个变量c的自身对齐值为2，所以有效对齐值为2，顺序存放

在0x0006、0x0007中，符合0x0006%2=0。所以从0x0000到0x00007共八字节存放的是C的变量。又C的自身对齐值为4，所以 C的有效对齐值为2。又8%2=0,C只占用0x0000到0x0007的八个字节。所以sizeof(struct C)=8.

 

有了以上的解释，相信你对C语言的字节对齐概念应该有了清楚的认识了吧。在网络程序中，掌握这个概念可是很重要的喔，在不同平台之间（比如在Windows和Linux之间）传递2进制流（比如结构体），那么在这两个平台间必须要定义相同的对齐方式，不然莫名其妙的出了一些错，可是很难排查的哦^_^。

 

 

以上内容转载自： http://blogold.chinaunix.net/u1/43759/showart_344977.html

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