C++ 类大小计算

概述

在 C++ 编程中,我们经常使用 Class 定义类,实现面向对象编程。和 C 语言中的 Struct 结构体一样,定义 Class 类也包括以下作用:

  • 决定数据对象需要的内存数量;
  • 决定如何解释内存中的位;
  • 决定可使用数据对象执行的操作或方法。

但是,如果想要计算 Class 类的大小,就需要特别小心了!因为类的大小与它的构造函数、析构函数以及其他成员函数无关,只与它的数据成员相关。这和结构体的大小计算不一样!

Class 类大小的相关因素如下表所示:

类型 因素
有关因素 普通成员变量,虚函数、继承(单一继承,多重继承,重复继承,虚拟继承)
无关因素 静态成员变量、静态成员函数、普通成员函数

下面通过一些简单的示例来加深理解,所有示例均运行在 64 位系统之上,相关代码位于 GitHub 仓库。

示例

1. 空类的大小

示例代码:

#include <iostream>

class CBase
{
};

int main(void)
{
    std::cout << "sizeof(CBase) = " << sizeof(CBase)<< std::endl;
    return 0;
}

运行结果:

sizeof(CBase) = 1

为什么空的什么都没有是 1 呢?

先了解一个概念:类的实例化,所谓类的实例化就是在内存中分配一块地址,每个实例在内存中都有独一无二的地址。同样空类也会被实例化,所以编译器会给空类隐含的添加一个字节,这样空类实例化之后就有了独一无二的地址了。所以空类的 sizeof 为 1。

2. 一般非空类大小

示例代码:

#include <iostream>

class CBase
{
    int  a;
    char *p;
};

int main(void)
{
    std::cout << "sizeof(CBase) = " << sizeof(CBase)<< std::endl;
    return 0;
}

运行结果:

sizeof(CBase) = 16

在 64 位系统上运行的结果是 16,在 32 位系统上则为 8。因为在 64 位系统上指针的大小是 8 字节,而 32 位系统上指针大小是 4 字节。另外,由于字节对齐的问题,因此输出结果是 16 或者 8。

3. 普通成员函数

示例代码:

#include <iostream>

class CBase
{
    int  a;
    char *p;

    void FuncA();
};

int main(void)
{
    std::cout << "sizeof(CBase) = " << sizeof(CBase)<< std::endl;
    return 0;
}

运行结果:

sizeof(CBase) = 16

输出结果和上一个示例一样,这是因为类的大小与它的构造函数、析构函数和其他成员函数无关,只已它的数据成员有关。

4. 虚函数

示例代码:

#include <iostream>

class CBase
{
    int  a;
    char *p;

    virtual void FuncA();
};

int main(void)
{
    std::cout << "sizeof(CBase) = " << sizeof(CBase)<< std::endl;
    return 0;
}

运行结果:

sizeof(CBase) = 24

当 C++ 类中有虚函数的时候,会有一个指向虚函数表的指针(vptr),在 64 位系统分配指针大小为 8 字节,所以输出结果为 24。

5. 静态成员变量

示例代码:

#include <iostream>

class CBase
{
    int a;
    static int b;
};

int main(void)
{
    std::cout << "sizeof(CBase) = " << sizeof(CBase)<< std::endl;
    return 0;
}

运行结果:

sizeof(CBase) = 4

静态数据成员被编译器放在程序的一个 global data members 中,它是类的一个数据成员。但是它不影响类的大小,不管这个类实际产生了多少实例,还是派生了多少新的类,静态成员数据在类中永远只有一个实体存在。

而类的非静态数据成员只有被实例化的时候,它们才存在。但是类的静态数据成员一旦被声明,无论类是否被实例化,它都已存在。可以这么说,类的静态数据成员是一种特殊的全局变量。

所以在该示例中,CBase 类的大小就是 int a 变量的 4 字节。