关于sizeof()的一些思考

今天面试被问到sizeof，回来整理一下。

1、定义
sizeof是C/C++中的一个操作符（operator），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. 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;编译器种类很多，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。sizeof的计算发生在编译时刻，可以被当作常量表达式使用。

2、sizeof语法：
sizeof有三种语法形式：
    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. 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。

4. 指针变量的sizeof
指针记录了另一个对象的地址。所以在32位计算机中，一个指针变量的返回值是4，在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

5. 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[] = "abcd";
int a2[3];
sizeof( a1 ); // 结果为5，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）

怎么用sizeof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

下面的c3，c4值应该是多少呢
void foo3(char a3[5])
{
    int c3 = sizeof( a3 ); // c3 ==4
}
void foo4(char a4[])
{
    int c4 = sizeof( a4 ); // c4 ==4
}
这里函数形参a3已不再是数组类型，而是蜕变成指针，相当于char* a3。

6. struct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;
};
sizeof(S1)等于多少?char占1个字节，int占4个字节，那么加起来就应该是5。但是在机器上得到的结果为8。为什么呢？是因为字节对齐啊！字节对齐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。
struct Test1 {
int i1;
char c1;
int i2;
};
sizeof(Test1)=12


struct Test1 {
int i1;
char c1;
char c2;
int i2;
};
sizeof(Test1)=12


struct Test1 {
int i1;
char c1;
char c2;
char c3;
int i2;
};
sizeof(Test1)=12


struct Test1 {
int i1;
char c1;
char c2;
char c3;
char c4;
int i2;
};
sizeof(Test1)=12


struct Test1 {
int i1;
char c1;
char c2;
char c3;
char c4;
char c5;
int i2;
};
sizeof(Test1)=16


struct Test1 {
char c1;
int i1;
char c2;
int i2;
};
sizeof(Test1)=16
这下就明白了吧？

7. class的sizeof 

来看看例子：

class Parent {public:int a;int b;Parent() {}~Parent() {}void set() {}int get() {}};class Child:Parent{public:Child() {}~Child() {}};int main(int argc, char* argv[]){cout << sizeof(Parent) << endl;//8cout << sizeof(Child) << endl;//8return 0;}

class的sizeof只计算了class的变量，函数没有涉及。但是虚函数呢？

例1：

class Parent {public:int a;int b;Parent() {}~Parent() {}void set() {}int get() {}virtual void func01() {}};class Child:Parent{public:Child() {}~Child() {}};int main(int argc, char* argv[]){cout << sizeof(Parent) << endl;//12cout << sizeof(Child) << endl;//12return 0;}

例2：

class Parent {public:int a;int b;Parent() {}~Parent() {}void set() {}int get() {}virtual void func01() {}};class Child:Parent{public:Child() {}~Child() {}virtual void func11() {}};int main(int argc, char* argv[]){cout << sizeof(Parent) << endl;//12cout << sizeof(Child) << endl;//12return 0;}

例3：

class Parent {public:int a;int b;Parent() {}~Parent() {}void set() {}int get() {}virtual void func01() {}virtual void func02() {}virtual void func03() {}virtual void func04() {}};class Child:Parent{public:Child() {}~Child() {}virtual void func11() {}};int main(int argc, char* argv[]){cout << sizeof(Parent) << endl;//12cout << sizeof(Child) << endl;//12return 0;}

例4：

class Parent {public:int a;int b;Parent() {}virtual ~Parent() {}void set() {}int get() {}virtual void func01() {}};class Child:Parent{public:Child() {}~Child() {}virtual void func11() {}};int main(int argc, char* argv[]){cout << sizeof(Parent) << endl;//12cout << sizeof(Child) << endl;//12return 0;}

说明sizeof只计算class里面的变量空间，如果有虚函数的话，还有虚函数表的地址4Byte，当然不管虚函数是普通的虚函数还是虚析构函数，都是放在同一个虚函数表里面。子类和父类使用的是同一个虚函数表。

参考文章：
http://blog.csdn.net/xiaocai0001/article/details/495897
C++ 虚函数表解析 http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051