面试被sizeof问懵了？看完这篇彻底搞懂！
前言：为什么sizeof如此重要？
在日常的C/C++开发中，sizeof操作符无处不在。它看似简单，却隐藏着许多令人困惑的细节。无论是内存管理、数据结构设计，还是性能优化，深入理解sizeof都至关重要。今天，就让我们一起揭开sizeof的神秘面纱！
一、sizeof基础：不仅仅是"求大小"
1.1 什么是sizeof？
sizeof是C/C++中的一个操作符，用于返回对象或类型所占的内存字节数。它的返回值类型是size_t，在stddef.h头文件中定义。
// 三种语法形式
sizeof(object); // 对对象
sizeof(type_name); // 对类型
sizeof object; // 省略括号（仅对对象有效）
1.2 基础数据类型的大小
cout << "char: " << sizeof(char) << endl; // 1
cout << "int: " << sizeof(int) << endl; // 4
cout << "double: " << sizeof(double) << endl; // 8
注意：基本数据类型的大小与编译环境和平台相关，这是代码移植时需要特别注意的点！
二、sizeof的"编译时"特性
2.1 编译时求值
绝大多数情况下，sizeof在编译期就能确定结果，因此可以用于常量表达式：
char array[sizeof(int) * 10]; // 合法，编译时确定数组大小
2.2 不会对表达式求值
这是sizeof的一个重要特性：它只关心类型，不会真正计算表达式！
char foo() {
cout << "函数被调用" << endl;
return 'a';
}
int main() {
size_t sz = sizeof(foo()); // foo()不会被调用！
cout << "大小: " << sz << endl; // 输出1
}
三、实战解析：各种场景下的sizeof
3.1 指针：大小固定不变
char* pc;
int* pi;
string* ps;
void (*pf)(); // 函数指针
// 在32位系统中，所有指针的大小都是4字节
// 在64位系统中，所有指针的大小都是8字节
关键理解：指针的大小只与系统架构有关，与指向的数据类型无关！
3.2 数组：容易混淆的地方
char a1[] = "hello";
int a2[5];
cout << sizeof(a1); // 6：5个字符 + '\0'
cout << sizeof(a2); // 20：5个int × 4字节
// 计算数组元素个数的正确方式
int count1 = sizeof(a1) / sizeof(char);
int count2 = sizeof(a2) / sizeof(a2[0]);
3.3 函数参数中的数组陷阱
void func(char arr[10]) {
cout << sizeof(arr); // 输出4或8，不是10！
// 因为arr在这里退化为指针
}
这是新手最容易犯错的地方：函数参数中的数组名会退化为指针！
四、深入字节对齐：性能与空间的权衡
4.1 为什么需要字节对齐？
字节对齐不是C/C++语言的要求，而是硬件的需求。现代计算机从内存中读取数据时，如果数据存放在自然对齐的地址上，读取效率会更高。
4.2 结构体对齐的三条黄金法则
struct S1 {
char c; // 偏移量0
// 编译器插入3字节填充
int i; // 偏移量4
}; // 总大小：8字节
struct S2 {
int i; // 偏移量0
char c; // 偏移量4
// 编译器在末尾插入3字节填充
}; // 总大小：8字节
对齐规则总结：
- 起始地址规则：结构体变量的首地址必须是最宽基本类型成员的整数倍
- 成员偏移规则：每个成员相对于首地址的偏移量必须是其自身大小的整数倍
- 总体大小规则：结构体总大小必须是最宽基本类型成员的整数倍
4.3 手动优化结构体布局
通过合理排列成员顺序，可以显著减少内存浪费：
// 优化前：12字节
struct BadLayout {
char c; // 1字节
// 3字节填充
int i; // 4字节
char d; // 1字节
// 3字节填充
};
// 优化后：8字节
struct GoodLayout {
int i; // 4字节
char c; // 1字节
char d; // 1字节
// 2字节填充
};
五、面向对象中的sizeof
5.1 类的大小计算
class MyClass {
public:
int a; // 4字节
char b; // 1字节
// 3字节填充
static int c; // 不占用对象空间
void func() {} // 不占用对象空间
}; // 总大小：8字节
重要原则：
- 普通成员函数不占用对象空间
- 静态成员变量不占用对象空间
- 虚函数会引入虚表指针，通常增加4或8字节
5.2 继承与多态的影响
class Base {
int a; // 4字节
};
class Derived : public Base {
int b; // 4字节
}; // 总大小：8字节
class BaseWithVirtual {
int a; // 4字节
virtual void func() {} // 引入虚表指针：4或8字节
}; // 总大小：8或12字节
六、实际应用场景
6.1 内存池设计
了解确切的对象大小对于实现高效的内存池至关重要：
template<typename T>
class MemoryPool {
private:
struct Block {
Block* next;
char data[sizeof(T)]; // 精确分配每个对象所需空间
};
// ...
};
6.2 网络协议解析
在网络编程中，经常需要确认结构体的大小以确保数据布局正确：
cpp
#pragma pack(push, 1) // 按1字节对齐，消除填充
struct NetworkPacket {
uint16_t type; // 2字节
uint32_t length; // 4字节
uint8_t data[100]; // 100字节
}; // 总大小：106字节，无填充
#pragma pack(pop)
七、总结与最佳实践
通过本文的学习，我们应该掌握：
- sizeof是操作符不是函数，多数情况下在编译期求值
- 指针大小固定，与指向类型无关
- 数组在函数参数中会退化为指针
- 字节对齐对性能至关重要，理解三原则
- 合理布局结构体成员可以节省内存
- 静态成员和函数不占用对象空间
记住这些，下次面试被问到sizeof时，你就可以从容应对了！
思考题：以下代码的输出是什么？欢迎在评论区留下你的答案！
struct Mystery {
char a;
double b;
char c;
};
cout << sizeof(Mystery) << endl;
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