为什么sizeof运算符返回的结构大小大于结构成员的总大小?


当前回答

除了其他答案,结构可以(但通常不)具有虚拟函数,在这种情况下,结构的大小还将包括vtbl的空间。

其他回答

这可能是由于字节对齐和填充,使得结构在您的平台上达到偶数字节(或单词)。例如,在Linux上的C中,以下3种结构:

#include "stdio.h"


struct oneInt {
  int x;
};

struct twoInts {
  int x;
  int y;
};

struct someBits {
  int x:2;
  int y:6;
};


int main (int argc, char** argv) {
  printf("oneInt=%zu\n",sizeof(struct oneInt));
  printf("twoInts=%zu\n",sizeof(struct twoInts));
  printf("someBits=%zu\n",sizeof(struct someBits));
  return 0;
}

成员的大小(以字节为单位)分别为4字节(32位)、8字节(2x 32位)和1字节(2+6位)。上面的程序(在使用gcc的Linux上)将大小打印为4、8和4,其中最后一个结构填充为一个单词(在我的32位平台上为4 x 8位字节)。

oneInt=4
twoInts=8
someBits=4

另请参见:

对于Microsoft Visual C:

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/2e70t5y1%28v=vs.80%29.aspx

GCC声称与微软编译器兼容

https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.6.4/gcc/Structure_002dPacking-Pragmas.html

除了前面的答案,请注意,无论包装如何,C++中没有成员订单保证。编译器可以(当然也可以)向结构中添加虚拟表指针和基结构的成员。即使是虚拟表的存在也没有得到标准的保证(没有规定虚拟机制的实现),因此可以得出这样的保证是不可能的。

我很确定C语言保证了成员顺序,但在编写跨平台或跨编译器程序时,我不会指望它。

C99 N1256标准草案

http://www.open-std.org/JTC1/SC22/WG14/www/docs/n1256.pdf

6.5.3.4操作员尺寸:

3当应用于具有结构或并集类型的操作数时,结果是这样的对象中的字节总数,包括内部和尾部衬垫。

6.7.2.1结构和接头规范:

13 ... 可能有未命名的在结构对象内填充,但不能在其开头填充。

and:

15在结构或联合体的末端可能有未命名的填充。

新的C99灵活数组成员特性(结构S{int is[];};)也可能影响填充:

16作为一种特殊情况,具有多个命名构件的结构的最后一个元素可以具有不完整的数组类型;这称为灵活阵列成员。在大多数情况下,柔性阵列成员被忽略。特别是,结构的大小似乎省略了灵活的数组成员,除了它可能具有比这一遗漏意味着。

附件J便携性问题重申:

以下未指定:。。。在结构或联合中存储值时填充字节的值(6.2.6.1)

C++11 N3337标准草案

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3337.pdf

5.3.3尺寸:

2应用时对于类,结果是该类的对象中的字节数,包括将该类型的对象放置在数组中。

9.2班级成员:

指向标准布局结构对象的指针(使用reinterpret_cast进行适当转换)指向其初始成员(或者如果该成员是位字段,则返回到它所在的单元),反之亦然。[注:因此,在标准布局结构对象中可能存在未命名的填充,必要时实现适当的对齐。-尾注]

我只知道足够的C++来理解注释:-)

在关于内存对齐和结构填充/打包的其他解释得很好的答案中,我通过仔细阅读问题本身发现了一些东西。

“为什么结构的sizeof不等于每个成员的sizeof之和?”“为什么sizeof运算符返回的结构大小大于结构成员的总大小”?

这两个问题都表明了一些明显的错误。至少在一般的、非示例性的视图中是这样的。

应用于结构对象的sizeof操作数的结果可以等于分别应用于每个成员的sizeof之和。它不一定要更大/不同。

如果没有填充的原因,则不会填充内存。


如果结构仅包含相同类型的成员,则大多数实现为:

struct foo {
   int a;   
   int b;
   int c;     
} bar;

假设sizeof(int)==4,结构杆的尺寸将等于所有构件的尺寸总和,sizeof(bar)==12。这里没有填充。

同样的例子如下:

struct foo {
   short int a;   
   short int b;
   int c;     
} bar;

假设sizeof(short int)==2,sizeof(int)==4。为a和b分配的字节之和等于为c分配的字节,c是最大的成员,因此所有内容都完全对齐。因此,sizeof(bar)==8。

这也是关于结构填充的第二个最受欢迎的问题的对象,这里:

C结构中的内存对齐

这是因为添加了填充以满足对齐约束。数据结构对齐会影响程序的性能和正确性:

未对齐的访问可能是一个硬错误(通常是SIGBUS)。未对齐的访问可能是软错误。要么在硬件中进行了纠正,以适度降低性能。或通过软件仿真进行纠正,以严重降低性能。此外,原子性和其他并发性保证可能会被破坏,从而导致微妙的错误。

下面是一个使用x86处理器典型设置的示例(均使用32位和64位模式):

struct X
{
    short s; /* 2 bytes */
             /* 2 padding bytes */
    int   i; /* 4 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 3 padding bytes */
};

struct Y
{
    int   i; /* 4 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 1 padding byte */
    short s; /* 2 bytes */
};

struct Z
{
    int   i; /* 4 bytes */
    short s; /* 2 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 1 padding byte */
};

const int sizeX = sizeof(struct X); /* = 12 */
const int sizeY = sizeof(struct Y); /* = 8 */
const int sizeZ = sizeof(struct Z); /* = 8 */

可以通过对齐对成员进行排序来最小化结构的大小(按大小排序足以满足基本类型的排序)(如上面示例中的结构Z)。

重要提示:C和C++标准都规定结构对齐是由实现定义的。因此,每个编译器可能会选择不同的数据对齐方式,从而导致不同且不兼容的数据布局。因此,在处理不同编译器将使用的库时,了解编译器如何对齐数据很重要。某些编译器具有命令行设置和/或特殊的#pragma语句来更改结构对齐设置。