对象大小和sizeof运算符

对象大小

正如您在之前所学的那样，现代机器上的内存通常被组织为字节大小的单位，内存的每个字节都有一个唯一的地址。到目前为止，可以将内存视为一堆文件柜或邮箱，我们可以在其中放置和检索信息，将变量视为访问这些文件柜或信箱的名称。

然而，这种类比在一个方面并不十分正确——大多数对象实际上占用超过1个字节的内存。单个对象可以使用1、2、4、8或甚至更多的连续地址。对象使用的内存量基于其数据类型。

由于我们通常通过变量名（而不是直接通过内存地址）访问内存，编译器向我们隐藏了给定对象使用多少字节。当我们访问某个变量x时，编译器知道要检索多少字节的数据（基于变量x的类型），并可以为我们处理该任务。

即使如此，有几个原因可以帮助您了解对象使用了多少内存。

首先，对象使用的内存越多，它可以容纳的信息就越多。

单个比特可以保存2个可能的值，即0或1：

2比特可以保存4个可能的值：00,01,10,11

3比特可以保存8个可能的值：000,001,010,011,100,101,110,111

概括地说，具有n位（其中n是整数）的对象可以保存2^n（2的n次幂，也通常写入2^n）个唯一值。因此，对于8位字节，字节大小的对象可以保存2^8（256）个不同的值。使用2个字节的对象可以保存2^16（65536）个不同的值！

因此，对象的大小限制了它可以存储的唯一值的数量——使用更多字节的对象可以存储更多的唯一值。当我们讨论整数时，我们将进一步探索这一点。

其次，计算机有有限的空闲内存。每次定义对象时，只要对象存在，就会使用该空闲内存的一小部分。由于现代计算机有大量内存，这种影响通常可以忽略不计。然而，对于需要大量对象或数据的程序（例如，渲染数百万个多边形的游戏），使用1字节和8字节对象之间的差异可能非常显著。

基本数据类型大小

显而易见的下一个问题是“不同数据类型的变量占用多少内存？”。

也许令人惊讶的是，C++标准没有定义任何基本类型的确切大小。相反，它只为整型和char类型定义了最小大小（以比特为单位），并将所有类型的实际大小留给具体编译器实现定义！C++标准也不假设一个字节是8比特。

在本教程系列中，我们将通过做出一些合理的假设来简化概念，这些假设通常适用于现代架构：

1. 一个字节是8比特。
2. 内存是字节可寻址的，因此最小的对象是1个字节。
3. 浮点数符合IEEE-754标准。
4. 我们采用的是32位或64位体系结构。

基于于此，我们可以声明如下：

sizeof运算符

为了确定特定机器上数据类型的大小，C++提供了一个名为sizeof的操作符。sizeof运算符是一元运算符，它接受类型或变量，并返回其大小（以字节为单位）。您可以编译并运行以下程序，以了解某些数据类型的大小：

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#include <iomanip> // 引入std::setw (可以指定输出数据的宽度)
#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << std::left; // 左对齐
    std::cout << std::setw(16) << "bool:" << sizeof(bool) << " bytes\n";
    std::cout << std::setw(16) << "char:" << sizeof(char) << " bytes\n";
    std::cout << std::setw(16) << "short:" << sizeof(short) << " bytes\n";
    std::cout << std::setw(16) << "int:" << sizeof(int) << " bytes\n";
    std::cout << std::setw(16) << "long:" << sizeof(long) << " bytes\n";
    std::cout << std::setw(16) << "long long:" << sizeof(long long) << " bytes\n";
    std::cout << std::setw(16) << "float:" << sizeof(float) << " bytes\n";
    std::cout << std::setw(16) << "double:" << sizeof(double) << " bytes\n";
    std::cout << std::setw(16) << "long double:" << sizeof(long double) << " bytes\n";

    return 0;
}

以下是作者机器的输出：

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bool:           1 bytes
char:           1 bytes
short:          2 bytes
int:            4 bytes
long:           4 bytes
long long:      8 bytes
float:          4 bytes
double:         8 bytes
long double:    8 bytes

您的结果可能因编译器、计算机架构、操作系统、编译设置（32位与64位）等而异…

尝试对不完整的类型（如void）使用sizeof将导致编译错误。

您还可以对变量名使用sizeof运算符：

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#include <iostream>

int main()
{
    int x{};
    std::cout << "x is " << sizeof(x) << " bytes\n";

    return 0;
}

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x is 4 bytes

基本数据类型性能

在现代机器上，基本数据类型的对象速度很快，所以使用或复制这些类型时的性能通常不成为问题。