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C++ sizeof 使用規則及陷阱分析

編輯:C++入門知識
1、什麼是sizeof
  
  首先看一下sizeof在msdn上的定義:
  
  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這個字眼,是不是想到了函數?錯了,sizeof不是一個函數,你見過給一個函數傳參數,而不加括號的嗎?sizeof可以,所以sizeof不是函數。網上有人說sizeof是一元操作符,但是我並不這麼認為,因為sizeof更像一個非凡的宏,它是在編譯階段求值的。舉個例子:
  
   cout<<sizeof(int)<<endl; // 32位機上int長度為4
  cout<<sizeof(1==2)<<endl; // == 操作符返回bool類型,相當於 cout<<sizeof(bool)<<endl;
  在編譯階段已經被翻譯為:
  
   cout<<4<<endl;
  cout<<1<<endl;
  這裡有個陷阱,看下面的程序:
  
   int a = 0;
  cout<<sizeof(a=3)<<endl;
  cout<<a<<endl;
  輸出為什麼是4,0而不是期望中的4,3???就在於sizeof在編譯階段處理的特性。由於sizeof不能被編譯成機器碼,所以sizeof作用范圍內,也就是()裡面的內容也不能被編譯,而是被替換成類型。=操作符返回左操作數的類型,所以a=3相當於int,而代碼也被替換為:
  
   int a = 0;
  cout<<4<<endl;
  cout<<a<<endl;
  所以,sizeof是不可能支持鏈式表達式的,這也是和一元操作符不一樣的地方。
  
  結論:不要把sizeof當成函數,也不要看作一元操作符,把他當成一個非凡的編譯預處理。
  
  2、sizeof的用法
  
  sizeof有兩種用法:
  
  (1)sizeof(object)
  
  也就是對對象使用sizeof,也可以寫成sizeof object 的形式。
  
  (2)sizeof(typename)
  
  也就是對類型使用sizeof,注重這種情況下寫成sizeof typename是非法的。下面舉幾個例子說明一下:
  
   int i = 2;
  cout<<sizeof(i)<<endl; // sizeof(object)的用法,合理
  cout<<sizeof i<<endl; // sizeof object的用法,合理
  cout<<sizeof 2<<endl; // 2被解析成int類型的object, sizeof object的用法,合理
  cout<<sizeof(2)<<endl; // 2被解析成int類型的object, sizeof(object)的用法,合理
  cout<<sizeof(int)<<endl;// sizeof(typename)的用法,合理
  cout<<sizeof int<<endl; // 錯誤!對於操作符,一定要加()
  可以看出,加()是永遠正確的選擇。
  
  結論:不論sizeof要對誰取值,最好都加上()。
  
  3、數據類型的sizeof
  
  (1)C++固有數據類型
  
  32位C++中的基本數據類型,也就char,short int(short),int,long int(long),float,double, long double
  
  大小分別是:1,2,4,4,4,8, 10。
  
  考慮下面的代碼:
  
   cout<<sizeof(unsigned int) == sizeof(int)<<endl; // 相等,輸出 1
  unsigned影響的只是最高位bit的意義,數據長度不會被改變的。
  
  結論:unsigned不能影響sizeof的取值。
  
  (2)自定義數據類型
  
  typedef可以用來定義C++自定義類型。考慮下面的問題:
  
   typedef short WORD;
  typedef long DWORD;
  cout<<(sizeof(short) == sizeof(WORD))<<endl; // 相等,輸出1
  cout<<(sizeof(long) == sizeof(DWORD))<<endl; // 相等,輸出1
  結論:自定義類型的sizeof取值等同於它的類型原形。
  
  (3)函數類型
  
  考慮下面的問題:
  
   int f1(){return 0;};
  double f2(){return 0.0;}
  void f3(){}
  
  cout<<sizeof(f1())<<endl; // f1()返回值為int,因此被認為是int
  cout<<sizeof(f2())<<endl; // f2()返回值為double,因此被認為是double
  cout<<sizeof(f3())<<endl; // 錯誤!無法對void類型使用sizeof
  cout<<sizeof(f1)<<endl; // 錯誤!無法對函數指針使用sizeof
  cout<<sizeof*f2<<endl; // *f2,和f2()等價,因為可以看作object,所以括號不是必要的。被認為是double
  結論:對函數使用sizeof,在編譯階段會被函數返回值的類型取代,
  
  4、指針問題
  
  考慮下面問題:
  
  
   cout<<sizeof(string*)<<endl; // 4
  cout<<sizeof(int*)<<endl; // 4
  cout<<sizof(char****)<<endl; // 4
  可以看到,不管是什麼類型的指針,大小都是4的,因為指針就是32位的物理地址。
  
  結論:只要是指針,大小就是4。(64位機上要變成8也不一定)。
  
  順便唧唧歪歪幾句,C++中的指針表示實際內存的地址。和C不一樣的是,C++中取消了模式之分,也就是不再有small,middle,big,取而代之的是統一的flat。flat模式采用32位實地址尋址,而不再是c中的 segment:offset模式。舉個例子,假如有一個指向地址 f000:8888的指針,假如是C類型則是8888(16位, 只存儲位移,省略段),far類型的C指針是f0008888(32位,高位保留段地址,地位保留位移),C++類型的指針是f8888(32位,相當於段地址*16 + 位移,但尋址范圍要更大)。
  
  5、數組問題
  
  考慮下面問題:
  
   char a[] = "abcdef";
  int b[20] = {3, 4};
  char c[2][3] = {"aa", "bb"};
  
  cout<<sizeof(a)<<endl; // 7
  cout<<sizeof(b)<<endl; // 20*4
  cout<<sizeof(c)<<endl; // 6
  數組a的大小在定義時未指定,編譯時給它分配的空間是按照初始化的值確定的,也就是7。c是多維數組,占用的空間大小是各維數的乘積,也就是6。可以看出,數組的大小就是他在編譯時被分配的空間,也就是各維數的乘積*數組元素的大小。
  
  結論:數組的大小是各維數的乘積*數組元素的大小。
  
  這裡有一個陷阱:
  
   int *d = new int[10];
  cout<<sizeof(d)<<endl; // 4
  d是我們常說的動態數組,但是他實質上還是一個指針,所以sizeof(d)的值是4。
  
  再考慮下面的問題:
  
   double* (*a)[3][6];
  cout<<sizeof(a)<<endl; // 4
  cout<<sizeof(*a)<<endl; // 72
  cout<<sizeof(**a)<<endl; // 24
  cout<<sizeof(***a)<<endl; // 4
  cout<<sizeof(****a)<<endl; // 8
  a是一個很希奇的定義,他表示一個指向 double*[3][6]類型數組的指針。既然是指針,所以sizeof(a)就是4。
  
  既然a是執行double*[3][6]類型的指針,*a就表示一個double*[3][6]的多維數組類型,因此sizeof(*a)=3*6*sizeof(double*)=72。同樣的,**a表示一個double*[6]類型的數組,所以sizeof(**a)=6*sizeof(double*)=24。***a就表示其中的一個元素,也就是double*了,所以sizeof(***a)=4。至於****a,就是一個double了,所以sizeof(****a)=sizeof(double)=8。 6、向函數傳遞數組的問題
  
  考慮下面的問題:
  
   #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int Sum(int i[])
  {
   int sumofi = 0;
   for (int j = 0; j < sizeof(i)/sizeof(int); j++) //實際上,sizeof(i) = 4
   {
  sumofi += i[j];
   }
   return sumofi;
  }
  
  int main()
  {
   int allAges[6] = {21, 22, 22, 19, 34, 12};
   cout<<Sum(allAges)<<endl;
   system("pause");
   return 0;
  }
  Sum的本意是用sizeof得到數組的大小,然後求和。但是實際上,傳入自函數Sum的,只是一個int 類型的指針,所以sizeof(i)=4,而不是24,所以會產生錯誤的結果。解決這個問題的方法使是用指針或者引用。
  
  使用指針的情況:
  
   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};
   cout<<Sum(&allAges)<<endl;
   system("pause");
   return 0;
  }
  在這個Sum裡,i是一個指向i[6]類型的指針,注重,這裡不能用int Sum(int (*i)[])聲明函數,而是必須指明要傳入的數組的大小,不然sizeof(*i)無法計算。但是在這種情況下,再通過sizeof來計算數組大小已經沒有意義了,因為此時大小是指定為6的。
  
  使用引用的情況和指針相似:
  
  
   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};
   cout<<Sum(allAges)<<endl;
   system("pause");
   return 0;
  }
  這種情況下sizeof的計算同樣無意義,所以用數組做參數,而且需要遍歷的時候,函數應該有一個參數來說明數組的大小,而數組的大小在數組定義的作用域內通過sizeof求值。因此上面的函數正確形式應該是:
  
   #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};
   cout<<Sum(i, sizeof(allAges)/sizeof(int))<<endl;
   system("pause");
   return 0;
  }
  7、字符串的sizeof和strlen
  
  考慮下面的問題:
  
   char a[] = "abcdef";
  char b[20] = "abcdef";
  string s = "abcdef";
  
  cout<<strlen(a)<<endl; // 6,字符串長度
  cout<<sizeof(a)<<endl; // 7,字符串容量
  cout<<strlen(b)<<endl; // 6,字符串長度
  cout<<strlen(b)<<endl; // 20,字符串容量
  cout<<sizeof(s)<<endl; // 12, 這裡不代表字符串的長度,而是string類的大小
  cout<<strlen(s)<<endl; // 錯誤!s不是一個字符指針。
  
  a[1] = '
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