[C++对象模型][6]sizeof与对象内存布局

有了前面几节的铺垫，本节开始摸索C++的对象的内存布局，平台为windows32位+VS2008。

一 内置类型的size

内置类型，直接上代码，帮助大家加深记忆：

void TestBasicSizeOf()
{
    cout << __FUNCTION__ << endl;

    cout << "  sizeof(char)= " << sizeof ( char ) << endl;
    cout << "  sizeof(int)= " << sizeof ( int ) << endl;
    cout << "  sizeof(float)= " << sizeof ( float ) << endl;
    cout << "  sizeof(double)= " << sizeof ( double ) << endl;

    cout << "  sizeof('$')=" << sizeof ( '$' ) << endl;
    cout << "  sizeof(1)= " << sizeof ( 1 ) << endl;
    cout << "  sizeof(1.5f)= " << sizeof ( 1.5f ) << endl;
    cout << "  sizeof(1.5)= " << sizeof ( 1.5 ) << endl;

    cout << "  sizeof(Good!)= " << sizeof ( "Good!" ) << endl ;

    char  str[] = "CharArray!";
    int  a[10]; 
    double  xy[10];
    cout << "  char str[] = \"CharArray!\"," << " sizeof(str)= " << sizeof (str) << endl;
    cout << "  int a[10]," << " sizeof(a)= " << sizeof (a) << endl;
    cout << "  double xy[10]," << " sizeof(xy)= " <<   sizeof (xy) << endl;

    cout << "  sizeof(void*)= " << sizeof(void*) << endl;
}

运行结果如下：

二 struct/class的大小

在C++中我们知道struct和class的唯一区别就是默认的访问级别不同，struct默认为public，而class的默认为private。所以考虑对象的大小，我们均以struct为例。对于struct的大小对于初学者来说还确实是个难回答的问题，我们就通过下面的一个struct定义加逐步的变化来引出相关的知识。

代码如下：

struct st1
{
    short number;
    float math_grade;
    float Chinese_grade;
    float sum_grade;
    char  level;
}; //20

struct st2
{
    char  level;
    short number;
    float math_grade;
    float Chinese_grade;
    float sum_grade;
};//16

#pragma pack(1)
struct st3
{
    char  level;
    short number;
    float math_grade;
    float Chinese_grade;
    float sum_grade;
}; //15
#pragma pack() 

void TestStructSizeOf()
{
    cout << __FUNCTION__ << endl;

    cout << "  sizeof(st1)= " << sizeof (st1) << endl;
    cout << "  offsetof(st1,number) " << offsetof(st1,number) << endl;
    cout << "  offsetof(st1,math_grade) " << offsetof(st1,math_grade) << endl;
    cout << "  offsetof(st1,Chinese_grade) " << offsetof(st1,Chinese_grade) << endl;
    cout << "  offsetof(st1,sum_grade) " << offsetof(st1,sum_grade) << endl;
    cout << "  offsetof(st1,level) " << offsetof(st1,level) << endl;

    cout << "  sizeof(st2)= " << sizeof (st2) << endl;
    cout << "  offsetof(st2,level) " << offsetof(st2,level) << endl;
    cout << "  offsetof(st2,number) " << offsetof(st2,number) << endl;
    cout << "  offsetof(st2,math_grade) " << offsetof(st2,math_grade) << endl;
    cout << "  offsetof(st2,Chinese_grade) " << offsetof(st2,Chinese_grade) << endl;
    cout << "  offsetof(st2,sum_grade) " << offsetof(st2,sum_grade) << endl;


    cout << "  sizeof(st3)= " << sizeof (st3) << endl;
    cout << "  offsetof(st3,level) " << offsetof(st3,level) << endl;
    cout << "  offsetof(st3,number) " << offsetof(st3,number) << endl;
    cout << "  offsetof(st3,math_grade) " << offsetof(st3,math_grade) << endl;
    cout << "  offsetof(st3,Chinese_grade) " << offsetof(st3,Chinese_grade) << endl;
    cout << "  offsetof(st3,sum_grade) " << offsetof(st3,sum_grade) << endl;
}

运行结果如下;

基于上面的对struct的测试，我们是不是有些惊呆哦，对于C++的初学者更是情不自禁的说：“我靠！原来顺序不同所占空间都不同啊，还有那个pack是啥东东啊？”，其实这里蕴含了一个内存对齐的问题，在计算机的底层进行内存的读写的时候，如果内存对齐的话可以提高读写效率，下面是VC的默认规则：

1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；
2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍， 如有需要编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）；
3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节（trailing padding）。

当然VC提供了工程选项/Zp[1|2|4|8|16]可以修改对齐方式，当然我们也可以在代码中对部分类型实行特殊的内存对齐方式，修改方式为#pragma pack( n )，n为字节对齐
数，其取值为1、2、4、8、16，默认是8，取消修改用#pragma pack(),如果结构体某成员的sizeof大于你设置的，则按你的设置来对齐。

三 struct的嵌套

1）实例：

struct A
{
    int i;
    char c;
    double d;
    short s;
}; // 24

struct B
{
    char cc;
    A a;
    int ii;
}; // 40

布局：（使用VS的未发布的编译选项/d1 reportAllClassLayout 或 /d1 reportSingleClassLayout）

2）实例：

#pragma pack(4)
struct A2
{
    int i;
    char c;
    double d;
    short s;
}; // 20
#pragma pack()

struct B2
{
    char cc;
    A2 a;
    int ii;
}; // 28

布局：（使用VS的未发布的编译选项/d1 reportAllClassLayout 或 /d1 reportSingleClassLayout）

总结：

　由于结构体的成员可以是复合类型，比如另外一个结构体，所以在寻找最宽基本类型成员时，应当包括复合类型成员的子成员，而不是把复合成员看成是一个整体。但在确定复合类型成员的偏移位置时则是将复合类型作为整体看待。

四 空struct/class和const，static成员

实例：

struct empty{}; // 1
struct constAndStatic
{
    const int i;
    static char c;
    const double d;
    static void TestStatic(){}
    void TestNoStatic(){}
}; // 16

布局：（使用VS的未发布的编译选项/d1 reportAllClassLayout 或 /d1 reportSingleClassLayout）

上面的实例中empty的大小为1，而constAndStatic的大小为16。

总结：

因为static成员和函数其实是类层次的，不在对象中分配空间，而成员函数其实是被编译为全局函数了，所以也不在对象中。

五 本节完，下次探讨虚函数对内存布局的影响！