C++中的字节对齐，以及空结构体，数组，union类型，class占用内存长度该如何计算

骑猪看日落 2023-10-16 21:43 3阅读 0赞

### 1.内容简介： ###

C++是面向对象的编程语言，兼容C语言。为了描述复杂的数据结构，在C语言中，可以用struct来实现；在C++中，当然也可以这样做，但是，大多数时候，我们还是建议大家使用Class来实现，建立面向对象的思想。  
本节主要介绍struct，union，class等占用内存时的的使用注意事项和简单的计算方法。

### 2.Struct占用内存是多少： ###

由于C++基于C，所以C++也“基本上”兼容C。特别地，C++规范在“结构”上使用了和C相同的，简单的  
struct内存布局原则：**成员变量按其被声明的顺序排列**，\*\*按具体实现所规定的对齐原则在内存地址上对齐。\*\*所有的C/C++厂商都保证他们的C/C++编译器对于有效的C结构采用完全相同的布局。  
请看下面的例子：

struct S{  };
    struct S1{
        char a;
        long b;
        };

请读者思考，S的占用多大的内存空间；S1呢？我们用下面的代码测试一下：

/*  编辑编译环境：macbook 64位；gcc编译器  */
    /*  source:                        */
    #include "stdio.h"
    struct S{  };
    
    struct S1{
        char a;
        long b;
        };
    
    int main(void)
    {
                                    // result:
        printf("struct char = %d \n",sizeof(char));             // 1
        printf("struct long = %d \n",sizeof(long));             // 8
        printf("struct S = %d \n",sizeof(struct S));            // 1
        printf("struct S1 = %d \n",sizeof(struct S1));         //64位机：16
     
    }

从结果可见，char占用1个字节,long占用8个字节,空结构体占用1个字节,而S1结构体占用16个字节（因为我的电脑是64位机）而不是9(1+8)个字节。  
为什么会这样呢？  
这就是我们说的**字节对齐**：  
即“成员变量按其被声明的顺序排列，按具体实现所规定的对齐原则在内存地址上对齐。”，long占用8个字节，那么，它前面声明的char也要占够这个字节，如果不足，就需要补齐。所以，char实际上只使用了1个字节，其它的7个字节都是补齐的，没有被使用。  
另外，空结构体长度为 1。

再看一个例子：

/*  编辑编译环境：macbook 64位；gcc编译器  */
    /*  source:                       */ 
    #include <stdio.h>
    
    union SArr { 
           int arr[5];
           };
                   
    class A{ };
    
    int main()
    {                                                   // result:
        printf(" sizeof(U1) = %d\n", sizeof(SArr));     // 20
        printf(" sizeof(A) = %d\n", sizeof(A));         //1
        
        return 0;
    }

SArr占用20个字节，4\*5  
空类Class A和空Struct一样，占用一个字节。  
再看一个例子： 带成员函数的结构体：

/*  编辑编译环境：macbook 64位；gcc编译器  */
    /*  source:                       */ 
    #include <stdio.h>
    
    struct S3 { 
       private:
            int a =10;
       public:
            int b = 20;
       public:
       	    int getA() {
       	    	return a;
       	    };
       	    int getB() {
       	    	return b;
       	    };
    
    };
                   
    
    int main()
    {                                                 // result:
        printf(" sizeof(S3) = %d\n", sizeof(S3));     // 8
        
        return 0;
    }

内存占用8个字节，即数据乘员a和b的总和。  
实际上，只有成员变量才占用类实例的空间，成员函数是不占用内存空间的。另外，要注意的是，C++标准委员会不限制由“public/protected/private”关键字分开的各段在实现时的先后顺序，因此，不同的编译器实现的内存布局可能并不相同。  
应该使用sizeof来进行内存空间的计算。