C语言sizeof的计算方式

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我是靠谱客的博主伶俐哈密瓜，最近开发中收集的这篇文章主要介绍C语言sizeof的计算方式，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

对于C语言开发人员来说，sizeof应该不陌生吧。此次我主要写的是sizeof对各变量长度的计算方式。

sizeof这个函数主要是对各数据类型的长度进行计算，入参为数据类型，返回值计算结果。但由于不同OS的系统架构下，sizeof计算的结果会存在一定的差异。下文主要基于32位系统，讨论sizeof的计算方式。

比较常见的场景是基本数据类型长度的计算结果如下：

类型	32位系统(bytes)	64位系统(bytes)
bool	1	1
char	1	1
short	2	2
int	4	4
long	4	8
long long	8	8
char *	4	8
float	4	4
double	8	8
long double	12	16

说明：char*代表指针变量，不管什么类型的指针，指针变量长度都是一样的。

为了加快CPU取数速度，C标准规定变量存放地址一定为自身长度的整数倍。因此变量间就会出现缝隙空间，这时编译器在编译期间就会对这些缝隙进行填充，叫做变量的对齐与补齐规则。接下来我会举例说明各种场景下的对齐与补齐方式：

例1：

   #include <stdio.h> 
 
   struct st 
 
   { 
 
       char a; 
 
       int b; 
 
       short c; 
 
       long d; 
 
   }; 
 
   int main(void) 
 
   { 
 
       struct st tmp; 
 
       printf("&tmp.a=%pn",&(tmp.a)); 
 
       printf("&tmp.b=%pn",&(tmp.b)); 
 
       printf("&tmp.c=%pn",&(tmp.c)); 
 
       printf("&tmp.d=%pn",&(tmp.d)); 
 
       printf("sizeof(tmp)=%dn",sizeof(tmp));     
 
       return 0; 
 
   }

执行结果：

 
  &tmp=0xbfe6e960 
 
  &tmp.a=0xbfe6e960 
 
  &tmp.b=0xbfe6e964 
 
  &tmp.c=0xbfe6e968 
 
  &tmp.d=0xbfe6e96c 
 
  sizeof(tmp)=16

从结果可以出成员变量的存放地址都是自身长度的整数倍。但结构体有所不同，结构体变量的地址应该为其最大成员变量长度的整数倍，且各成员变量遵守对齐与补齐规则，包括最后一个成员变量。所以 st结构体的大小为：1(a)+3（填充）+4(b)+2(c)+2(填充)+4（d）=16

例2：

 
  struct st 
 
  { 
 
      char a; 
 
      int b; 
 
      short c; 
 
      long d; 
 
      static int e; 
 
  };

结果：

 
  sizeof(tmp)=16 
 

在C++中可能会见到结构体中定义静态成员的代码，由于静态成员在定义时就已经分配的内存空间，所以用sizeof来计算结构体大小时，是不计算在内的。

例3：

 
  struct st1 
 
  { 
 
  }tmp1;

结果：

 
  sizeof(st1)=0 
 

空结构体的大小为0，该类型不占用任何的地址空间。

例3：

 
  void fun(void) 
 
  { 
 
  } 
 
  printf("sizeof(void)=%dn",sizeof(void)); 
 
  printf("sizeof(fun)=%dn",sizeof(fun)); 
 
  printf("sizeof(fun())=%dn",sizeof(fun()));

结果：

 
   sizeof(void)=1 
  
   sizeof(fun)=1 
  
   sizeof(fun())=1

void类型的大小为1，sizeof也可以用来计算函数的大小以及返回值。

从执行文件的头部信息来看：

 
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name 
  
   48: 080483c4     5 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 fun

函数fun应该是占用5个字节的，这里不知道为什么打印出来只有1个字节？不过一般不会用sizeof来计算函数大小，没有什么意义。

例4：

 
   struct st2 
  
   { 
  
       char a:1; 
  
       char b:4; 
  
       char c:5; 
  
       short d:10; 
  
   };

结果：

 
  sizeof(st2)=4 
 

这个例子结合位变量来说明字节对齐与补齐的规则，结构体中各成员变量存放如下：

|0|1234|567 01234567 01234567 01234567| //4个字节长度

|a| b | | c | | d | //4个变量存放

首先a占用了第一个字节的最低位，b占用了第1到第4位，由于c所占的位数超过了上一字节空闲的位数，所以c从下一字节的地址开始算起，占用第0到第4位。变量d由于是short型变量，需要以2字节对齐，所以地址从第3个字节的低位开始算，长度为10，余下6个位自动补齐。最终，该结构体大小为4字节。

例5：

 
  union st2 
 
  { 
 
      char a; 
 
      shot b; 
 
      int c; 
 
  };

结果：

 
  sizeof(union)=4 
 

联合体中成员是共享内存的，所以长度为最大成员变量的大小。

例6：

 
  struct st 
 
  { 
 
      char a; 
 
      int b; 
 
      short c; 
 
      long d; 
       
      //最大长度为4 
 
  }; 
 
  struct st2 
 
  { 
 
      char a; 
 
      short d; 
       
      //最大长度为2 
 
      char e; 
 
  }; 
 
  struct st4 
 
  { 
 
      struct st a;   
       
  //16个字节 
 
      struct st2 b;   
         
  //6个字节 
 
  };

结果：

 
  sizeof(st4)=24 
 

在st4结构体中，成员a占用16个字节，成员b占用6个字节，为什么最终st4会占用24个字节呢？原因是a中变量最大长度为4，所以a以4字节对齐，b中变量最大长度为2，所以b以2字节对齐，但对于st4结构体来说，它内部基本数据类型最长为4字节，所以st4结构体以4字节对齐，最后会在后面填充2个字节。

总之，sizeof计算规则如下：

1、基本数据类型变量地址为自身长度的整数倍

2、对于结构体，sizeof会把编译器自动填充的字节算在内。

3、sizeof不计算静态变量的长度

C语言提供了#pragma宏可以指定字节对齐的长度：

例7：

 
  #include <stdio.h> 
 
  #pragma pack(2) 
       
      //强制以2字节对齐 
 
  struct st 
 
  { 
 
      char a; 
 
      int b; 
 
  }; 
 
  void main(void) 
 
  { 
 
      printf("sizeof(struct st)=%dn",sizeof(struct st)); 
 
  }