C语言sizeof的计算方式

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=%p\n",&(tmp.a));

printf("&tmp.b=%p\n",&(tmp.b));

printf("&tmp.c=%p\n",&(tmp.c));

printf("&tmp.d=%p\n",&(tmp.d));

printf("sizeof(tmp)=%d\n",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)=%d\n",sizeof(void));

printf("sizeof(fun)=%d\n",sizeof(fun));

printf("sizeof(fun())=%d\n",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)=%d\n",sizeof(struct st));

}

结果：

sizeof(struct st)=6

st结构体中成员b的初始地址不再是4的位数，而是2的倍数。

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