C++中sizeof運算符全面詳解和代碼示例

sizeof 是 C++ 中的一個編譯時運算符，用于獲取對象或類型所占的字節數（以 size_t 返回）。它是掌握底層內存模型、結構體對齊、數組大小計算等的重要工具。

1. 基本語法

sizeof(type)      // 獲取類型的大小
sizeof expression // 獲取表達式結果的大小

2. 返回值類型

sizeof 返回類型是 std::size_t（定義在 <cstddef> 中），是一個無符號整型，足以容納系統中對象的最大可能大小。

3. 示例代碼一覽

#include <iostream>
#include <cstddef>int main() {int a = 5;double b = 3.14;int arr[10];std::cout << "sizeof(int): " << sizeof(int) << "\n";std::cout << "sizeof(a): " << sizeof(a) << "\n";std::cout << "sizeof(b): " << sizeof b << "\n";  // 可省略括號std::cout << "sizeof(arr): " << sizeof(arr) << "\n";std::cout << "Number of elements in arr: " << sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) << "\n";return 0;
}

4. 結構體對齊示例（含填充字節）

#include <iostream>struct A {char c;     // 1 byteint i;      // 4 bytes
};int main() {std::cout << "sizeof(char): " << sizeof(char) << "\n";std::cout << "sizeof(int): " << sizeof(int) << "\n";std::cout << "sizeof(A): " << sizeof(A) << "\n";  // likely 8 due to padding
}

結構體 A 實際大小常常為 8，而不是 5，這是因為編譯器插入了填充字節以保證成員變量對齊（稱為結構體對齊或 padding）。

5. 指針和數組的區別

int arr[10];
int* p = arr;std::cout << "sizeof(arr): " << sizeof(arr) << "\n";     // 10 * sizeof(int)
std::cout << "sizeof(p): " << sizeof(p) << "\n";         // 指針大小，通常是 8（64 位系統）

6. 類的 `sizeof` 示例（含虛函數、繼承）

#include <iostream>class Base {virtual void foo() {}
};class Derived : public Base {int data;
};int main() {std::cout << "sizeof(Base): " << sizeof(Base) << "\n";      // 有 vptr，通常為 8std::cout << "sizeof(Derived): " << sizeof(Derived) << "\n"; // vptr + int + padding
}

7. 注意事項

事項	說明
`sizeof` 是編譯時運算	除非作用于 VLA（C99 風格，C++ 不支持），否則計算在編譯期完成
對于類型無需括號	`sizeof expression` 中括號可省；`sizeof(type)` 中必須加括號
數組退化	`sizeof(arr)` 在函數參數中為指針大小，不是數組總大小
對動態分配數組無效	`sizeof(new int[10])` 得到的是指針大小，不是數組大小

8. `sizeof` 與模板配合（常用于靜態斷言）

template<typename T>
void check_size() {static_assert(sizeof(T) <= 8, "Type is too big!");
}

9. C++11 起的 `alignof`

#include <iostream>
#include <type_traits>struct MyStruct {char c;double d;
};int main() {std::cout << "sizeof(MyStruct): " << sizeof(MyStruct) << "\n";std::cout << "alignof(MyStruct): " << alignof(MyStruct) << "\n";
}

10、綜合示例

下面是一個 跨平臺結構體對齊測試工具類 的完整示例，功能如下：

顯示結構體每個成員的偏移量（offsetof）；
顯示結構體整體 sizeof 和 alignof；
兼容 GCC / Clang / MSVC；
可用于診斷因字節對齊（padding）帶來的內存浪費。

工具類：`StructInspector`

功能說明：

使用 offsetof 獲取成員偏移；
使用 sizeof 和 alignof 獲取結構體大小和對齊；
可擴展支持任意結構體（通過宏注冊成員）。

示例代碼

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstddef>
#include <string>
#include <type_traits>// 通用格式輸出宏
#define PRINT_ALIGN_INFO(T) \std::cout << "Struct: " << #T << "\n" \<< "  Size:    " << sizeof(T) << "\n" \<< "  Alignof: " << alignof(T) << "\n\n";// 檢查偏移宏（成員名必須為字符串形式）
#define PRINT_MEMBER_OFFSET(StructType, Member) \std::cout << std::setw(20) << #Member << " @ offset: " << offsetof(StructType, Member) << "\n";// -----------------------------
// 示例結構體
// -----------------------------
struct MyStruct {char    c1;double  d;int     i;char    c2;
};struct PackedStruct {char c1;char c2;int  i;
} __attribute__((packed));  // GCC/Clang 特性（MSVC: use #pragma pack）#pragma pack(push, 1)
struct MsvcPackedStruct {char c1;char c2;int i;
};
#pragma pack(pop)// -----------------------------
// 工具函數：打印結構體布局
// -----------------------------
template<typename T>
void InspectStructLayout(const std::string& name) {std::cout << "==============================\n";std::cout << "Inspecting: " << name << "\n";std::cout << "sizeof(" << name << ") = " << sizeof(T) << "\n";std::cout << "alignof(" << name << ") = " << alignof(T) << "\n";std::cout << "------------------------------\n";
}// 示例專用模板：打印具體成員偏移
void Inspect_MyStruct() {InspectStructLayout<MyStruct>("MyStruct");PRINT_MEMBER_OFFSET(MyStruct, c1);PRINT_MEMBER_OFFSET(MyStruct, d);PRINT_MEMBER_OFFSET(MyStruct, i);PRINT_MEMBER_OFFSET(MyStruct, c2);std::cout << "\n";
}void Inspect_PackedStruct() {InspectStructLayout<PackedStruct>("PackedStruct");PRINT_MEMBER_OFFSET(PackedStruct, c1);PRINT_MEMBER_OFFSET(PackedStruct, c2);PRINT_MEMBER_OFFSET(PackedStruct, i);std::cout << "\n";
}void Inspect_MsvcPackedStruct() {InspectStructLayout<MsvcPackedStruct>("MsvcPackedStruct");PRINT_MEMBER_OFFSET(MsvcPackedStruct, c1);PRINT_MEMBER_OFFSET(MsvcPackedStruct, c2);PRINT_MEMBER_OFFSET(MsvcPackedStruct, i);std::cout << "\n";
}// -----------------------------
// 主程序入口
// -----------------------------
int main() {Inspect_MyStruct();Inspect_PackedStruct();Inspect_MsvcPackedStruct();return 0;
}

示例輸出（Linux + GCC）

==============================
Inspecting: MyStruct
sizeof(MyStruct) = 24
alignof(MyStruct) = 8
------------------------------c1 @ offset: 0d @ offset: 8i @ offset: 16c2 @ offset: 20==============================
Inspecting: PackedStruct
sizeof(PackedStruct) = 6
alignof(PackedStruct) = 1
------------------------------c1 @ offset: 0c2 @ offset: 1i @ offset: 2==============================
Inspecting: MsvcPackedStruct
sizeof(MsvcPackedStruct) = 6
alignof(MsvcPackedStruct) = 1
------------------------------c1 @ offset: 0c2 @ offset: 1i @ offset: 2

可擴展功能

可以封裝為模板工具類，如下：

template<typename T>
struct StructAnalyzer {static void inspect(const std::vector<std::string>& member_names, const std::vector<std::size_t>& member_offsets) {std::cout << "Sizeof: " << sizeof(T) << ", Alignof: " << alignof(T) << "\n";for (size_t i = 0; i < member_names.size(); ++i)std::cout << member_names[i] << " @ offset: " << member_offsets[i] << "\n";}
};

因為 C++ 不支持反射，需要手動提供成員名與偏移。

小結

功能	實現
成員偏移計算	`offsetof(StructType, member)`
結構體大小與對齊	`sizeof`, `alignof`
跨平臺結構體分析支持	`__attribute__((packed))` / `#pragma pack(1)`
填充字節檢查（診斷浪費）	`offsetof` + sizeof 分析對比

總結

用法	說明
`sizeof(type)`	獲取某個類型的大小
`sizeof(expr)`	獲取表達式類型的大小
獲取數組元素個數	`sizeof(arr) / sizeof(arr[0])`
獲取結構體大小（含對齊）	`sizeof(Struct)`
與模板、`static_assert` 配合	編譯時類型檢查
指針大小	與指向對象大小無關

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