C++ sizeof 使用规则及陷阱分析

南海岸大一子

南海岸大一子

2016-02-19 15:56

给自己一点时间接受自己,爱自己,趁着下午茶的时间来学习图老师推荐的C++ sizeof 使用规则及陷阱分析,过去的都会过去,迎接崭新的开始,释放更美好的自己。
1、什么是sizeof
  
  首先看一下sizeof在msdn上的定义:
  
  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这个字眼,是不是想到了函数?错了,sizeof不是一个函数,你见过给一个函数传参数,而不加括号的吗?sizeof可以,所以sizeof不是函数。网上有人说sizeof是一元操作符,但是我并不这么认为,因为sizeof更像一个非凡的宏,它是在编译阶段求值的。举个例子:
  
  coutsizeof(int)endl; // 32位机上int长度为4
  coutsizeof(1==2)endl; // == 操作符返回bool类型,相当于 coutsizeof(bool)endl;
  在编译阶段已经被翻译为:
  
  cout4endl;
  cout1endl;
  这里有个陷阱,看下面的程序:
  
  int a = 0;
  coutsizeof(a=3)endl;
  coutaendl;
  输出为什么是4,0而不是期望中的4,3???就在于sizeof在编译阶段处理的特性。由于sizeof不能被编译成机器码,所以sizeof作用范围内,也就是()里面的内容也不能被编译,而是被替换成类型。=操作符返回左操作数的类型,所以a=3相当于int,而代码也被替换为:
  
  int a = 0;
  cout4endl;
  coutaendl;
  所以,sizeof是不可能支持链式表达式的,这也是和一元操作符不一样的地方。
  
  结论:不要把sizeof当成函数,也不要看作一元操作符,把他当成一个非凡的编译预处理。
  
  2、sizeof的用法
  
  sizeof有两种用法:
  
  (1)sizeof(object)
  
  也就是对对象使用sizeof,也可以写成sizeof object 的形式。
  
  (2)sizeof(typename)
  
  也就是对类型使用sizeof,注重这种情况下写成sizeof typename是非法的。下面举几个例子说明一下:
  
  int i = 2;
  coutsizeof(i)endl; // sizeof(object)的用法,合理
  coutsizeof iendl; // sizeof object的用法,合理
  coutsizeof 2endl; // 2被解析成int类型的object, sizeof object的用法,合理
  coutsizeof(2)endl; // 2被解析成int类型的object, sizeof(object)的用法,合理
  coutsizeof(int)endl;// sizeof(typename)的用法,合理
  coutsizeof intendl; // 错误!对于操作符,一定要加()
  可以看出,加()是永远正确的选择。
  
  结论:不论sizeof要对谁取值,最好都加上()。
  
  3、数据类型的sizeof
  
  (1)C++固有数据类型
  
  32位C++中的基本数据类型,也就char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double
  
  大小分别是:1,2,4,4,4,8, 10。
  
  考虑下面的代码:
  
  coutsizeof(unsigned int) == sizeof(int)endl; // 相等,输出 1
  unsigned影响的只是最高位bit的意义,数据长度不会被改变的。
  
  结论:unsigned不能影响sizeof的取值。
  
  (2)自定义数据类型
  
  typedef可以用来定义C++自定义类型。考虑下面的问题:
  
  typedef short WORD;
  typedef long DWORD;
  cout(sizeof(short) == sizeof(WORD))endl; // 相等,输出1
  cout(sizeof(long) == sizeof(DWORD))endl; // 相等,输出1
  结论:自定义类型的sizeof取值等同于它的类型原形。
  
  (3)函数类型
  
  考虑下面的问题:
  
  int f1(){return 0;};
  double f2(){return 0.0;}
  void f3(){}
  
  coutsizeof(f1())endl; // f1()返回值为int,因此被认为是int
  coutsizeof(f2())endl; // f2()返回值为double,因此被认为是double
  coutsizeof(f3())endl; // 错误!无法对void类型使用sizeof
  coutsizeof(f1)endl; // 错误!无法对函数指针使用sizeof
  coutsizeof*f2endl; // *f2,和f2()等价,因为可以看作object,所以括号不是必要的。被认为是double
  结论:对函数使用sizeof,在编译阶段会被函数返回值的类型取代,
  
  4、指针问题
  
  考虑下面问题:
  
  
   coutsizeof(string*)endl; // 4
  coutsizeof(int*)endl; // 4
  coutsizof(char****)endl; // 4
  可以看到,不管是什么类型的指针,大小都是4的,因为指针就是32位的物理地址。
  
  结论:只要是指针,大小就是4。(64位机上要变成8也不一定)。
  
  顺便唧唧歪歪几句,C++中的指针表示实际内存的地址。和C不一样的是,C++中取消了模式之分,也就是不再有small,middle,big,取而代之的是统一的flat。flat模式采用32位实地址寻址,而不再是c中的 segment:offset模式。举个例子,假如有一个指向地址 f000:8888的指针,假如是C类型则是8888(16位, 只存储位移,省略段),far类型的C指针是f0008888(32位,高位保留段地址,地位保留位移),C++类型的指针是f8888(32位,相当于段地址*16 + 位移,但寻址范围要更大)。
  
  5、数组问题
  
  考虑下面问题:
  
  char a[] = "abcdef";
  int b[20] = {3, 4};
  char c[2][3] = {"aa", "bb"};
  
  coutsizeof(a)endl; // 7
  coutsizeof(b)endl; // 20*4
  coutsizeof(c)endl; // 6
  数组a的大小在定义时未指定,编译时给它分配的空间是按照初始化的值确定的,也就是7。c是多维数组,占用的空间大小是各维数的乘积,也就是6。可以看出,数组的大小就是他在编译时被分配的空间,也就是各维数的乘积*数组元素的大小。
  
  结论:数组的大小是各维数的乘积*数组元素的大小。
  
  这里有一个陷阱:
  
  int *d = new int[10];
  coutsizeof(d)endl; // 4
  d是我们常说的动态数组,但是他实质上还是一个指针,所以sizeof(d)的值是4。
  
  再考虑下面的问题:
  
  double* (*a)[3][6];
  coutsizeof(a)endl; // 4
  coutsizeof(*a)endl; // 72
  coutsizeof(**a)endl; // 24
  coutsizeof(***a)endl; // 4
  coutsizeof(****a)endl; // 8
  a是一个很希奇的定义,他表示一个指向 double*[3][6]类型数组的指针。既然是指针,所以sizeof(a)就是4。
  
  既然a是执行double*[3][6]类型的指针,*a就表示一个double*[3][6]的多维数组类型,因此sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72。同样的,**a表示一个double*[6]类型的数组,所以sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24。***a就表示其中的一个元素,也就是double*了,所以sizeof(***a)=4。至于****a,就是一个double了,所以sizeof(****a)=sizeof(double)=8。 6、向函数传递数组的问题
  
  考虑下面的问题:
  
  #include iostream
  using namespace std;
  
  int Sum(int i[])
  {
   int sumofi = 0;
   for (int j = 0; j sizeof(i)/sizeof(int); j++) //实际上,sizeof(i) = 4
   {
  sumofi += i[j];
   }
   return sumofi;
  }
  
  int main()
  {
   int allAges[6] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
   coutSum(allAges)endl;
   system("pause");
   return 0;
  }
  Sum的本意是用sizeof得到数组的大小,然后求和。但是实际上,传入自函数Sum的,只是一个int 类型的指针,所以sizeof(i)=4,而不是24,所以会产生错误的结果。解决这个问题的方法使是用指针或者引用。
  
  使用指针的情况:
  
  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};
   coutSum(&allAges)endl;
   system("pause");
   return 0;
  }
  在这个Sum里,i是一个指向i[6]类型的指针,注重,这里不能用int Sum(int (*i)[])声明函数,而是必须指明要传入的数组的大小,不然sizeof(*i)无法计算。但是在这种情况下,再通过sizeof来计算数组大小已经没有意义了,因为此时大小是指定为6的。
  
  使用引用的情况和指针相似:
  
  
   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};
   coutSum(allAges)endl;
   system("pause");
   return 0;
  }
  这种情况下sizeof的计算同样无意义,所以用数组做参数,而且需要遍历的时候,函数应该有一个参数来说明数组的大小,而数组的大小在数组定义的作用域内通过sizeof求值。因此上面的函数正确形式应该是:
  
  #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};
   coutSum(i, sizeof(allAges)/sizeof(int))endl;
   system("pause");
   return 0;
  }
  7、字符串的sizeof和strlen
  
  考虑下面的问题:
  
  char a[] = "abcdef";
  char b[20] = "abcdef";
  string s = "abcdef";
  
  coutstrlen(a)endl; // 6,字符串长度
  coutsizeof(a)endl; // 7,字符串容量
  coutstrlen(b)endl; // 6,字符串长度
  coutstrlen(b)endl; // 20,字符串容量
  coutsizeof(s)endl; // 12, 这里不代表字符串的长度,而是string类的大小
  coutstrlen(s)endl; // 错误!s不是一个字符指针。
  
  a[1] = '
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