C/C中sizeof和strlen函数的实现:详细解析sizeof和strlen函数的实现机制、参数说明和使用技巧

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简介: C/C中sizeof和strlen函数的实现:详细解析sizeof和strlen函数的实现机制、参数说明和使用技巧

概述

  • sizeof

    sizeof运算符的结果部分地依赖于作用的类型
    对char或者类型为char的表达式执行sizeof运算,结果为1
    对引用类型执行sizeof运算得到被引用对象所占的大小
    对指针执行sizeof运算得到指针本身所占解空间的大小
    对解引用指针执行sizeof运算得到指针指向的对象所占空间的大小,指针不需有效
    对数组执行sizeof运算得到整个数组所占空间的大小,等价于对数组中所有元素各执行一次sizeof运算并将所得结果求和.
    注意,sizeof运算符不会把数组转换成指针来处理.
  • strlen()
    strlen()函数是C/C++语言中的标准库函数之一,用于计算一个字符串的长度,即字符串中的字符个数(不包括字符串末尾的’\0’字符)。参数是一个指向字符串的指针,该字符串必须以’\0’字符结尾。函数返回值是一个无符号整数,表示字符串的长度。
    strlen()函数的实现非常简单,它从字符串的开头开始遍历每个字符,直到遇到’\0’字符为止,并返回遍历过的字符的个数。

sizeof计算的大小

  • string对象或vector对象

对于 string 和 vector 对象,sizeof 返回的是对象固定部分的大小,不包括动态分配的元素占用的空间,因此需要使用其他函数(如 size())来获取容器中元素的数量和占用的空间;


  • 指针类型

sizeof 返回的指针大小在不同的编译器和操作系统下可能会有所不同,通常为4或8个字节;


  • 数组

sizeof 返回整个数组的字节数,即数组大小,而不是数组内元素的个数乘以元素类型大小;<


  • 结构体

返回整个结构体的大小,包括所有成员变量的大小,但是可能会存在内存对齐的情况,因此结构体的大小可能会比成员变量的大小之和大一些。结构体中的字符串(包括 char 数组)也会被计算在内,不会被忽略;
PS:unsigned影响的只是最高位的意义,数据长度不会改变的。


它返回的是整个类的大小,包括所有成员变量的大小,但是可能存在内存对齐的情况,因此类的大小可能会比成员变量的大小之和大一些。类中的字符串(包括 char 数组)也会被计算在内,不会被忽略。
对于空类(没有成员变量和成员函数),它的大小是1字节。这是因为在C++中,每个对象在内存中都必须占用至少一个字节的空间,以确保对象的地址是唯一的。因此,空类的大小为1字节。
需要注意的是,空类的大小不是0字节,因为如果一个类的大小为0,则不同的对象可能会共用同一块内存,这会导致一些问题。因此,C++标准规定每个对象的大小至少为1字节。


  • 枚举类型

对于 sizeof(枚举类型),它返回的是枚举类型的底层类型(underlying type)的大小,而不是枚举类型本身的大小。底层类型是指在定义枚举类型时使用的整数类型,如果没有显式指定底层类型,那么默认底层类型是 int。
例如,考虑以下枚举类型的定义:
enum MyEnum { A, B, C };
在大多数编译器中,枚举类型 MyEnum 的底层类型是 int,因此 sizeof(MyEnum) 的值通常为4字节(32位系统)或8字节(64位系统),具体取决于编译器和操作系统的位数。
如果显式指定了底层类型,例如:
enum MyEnum : char { A, B, C };
则 sizeof(MyEnum) 的值将取决于底层类型的大小,这里是1字节。
需要注意的是,枚举类型的大小与枚举常量的数量无关,而与底层类型的大小有关。因此,即使枚举类型只有一个枚举常量,它的大小也可能不是1字节,而是底层类型的大小。

  • 注意

不完全类型具有位置的存储大小,如未知大小的数组,未知内容的结构或联合体
不能用于函数类型,不完全类型或位字段。
数据类型必须加括号,变量可以不加,因它是操作符。


sizeof使用场合

  • 与存储分配和I/O系统通信

在C/C++程序中,sizeof函数可以用于与存储分配和I/O系统进行通信。例如,在进行文件读写时,可以使用sizeof函数获取数据类型或变量在内存中占用的字节数,以便读取或写入正确的字节数。

  • 查看类型对象在内存中占用的大小

在C/C++程序中,sizeof函数可以用于查看类型对象在内存中占用的大小。例如,在进行内存优化时,可以使用sizeof函数查看不同类型对象在内存中占用的大小,以便选择最优的数据类型。

  • 动态分配对象时,让系统知道要分配多少内存

在C/C++程序中,sizeof函数可以用于动态分配对象时,让系统知道要分配多少内存。例如,在使用malloc或new等函数动态分配内存时,可以使用sizeof函数获取数据类型或变量在内存中占用的字节数,以便分配正确的内存空间。

  • 便于一些类型的扩充

在C/C++程序中,sizeof函数可以用于便于一些类型的扩充。例如,在定义一个结构体时,可以使用sizeof函数获取结构体的大小,以便在后续的程序中添加新的成员变量时,不会影响已有的成员变量的内存布局。

  • 涉及操作数字节大小代替常量计算

在C/C++程序中,sizeof函数可以用于涉及操作数字节大小代替常量计算。例如,在进行网络编程时,可以使用sizeof函数获取数据类型或变量在内存中占用的字节数,以便在字节流中正确地读取或写入数据。


总之,sizeof函数在C/C++程序中具有广泛的应用场合,包括存储分配、I/O系统、内存优化、动态内存分配、类型扩充、网络编程等。使用sizeof函数可以方便、安全、高效地操作数据类型或变量在内存中占用的字节数,避免了常量计算和手动计算字节数的繁琐和容易出错的问题。

综合示例

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    cout << "Size of int: " << sizeof(int) << " bytes" << endl;
    cout << "Size of arr: " << sizeof(arr) << " bytes" << endl;
    cout << "Number of elements in arr: " << sizeof(arr) / sizeof(int) << endl;
    
    char c = 'a';
    cout << "Size of char: " << sizeof(char) << " byte" << endl;
    cout << "Size of c: " << sizeof(c) << " byte" << endl;
    
    double d = 3.14;
    cout << "Size of double: " << sizeof(double) << " bytes" << endl;
    cout << "Size of d: " << sizeof(d) << " bytes" << endl;
    
    struct Person {
        string name;
        int age;
    };
    Person p = {"Alice", 25};
    cout << "Size of Person: " << sizeof(Person) << " bytes" << endl;
    cout << "Size of p: " << sizeof(p) << " bytes" << endl;
    
    return 0;
}

输出结果:

Size of int: 4 bytes
Size of arr: 20 bytes
Number of elements in arr: 5
Size of char: 1 byte
Size of c: 1 byte
Size of double: 8 bytes
Size of d: 8 bytes
Size of Person: 12 bytes
Size of p: 16 bytes

解释:
sizeof(int) 返回int类型的字节数,通常为4个字节;
sizeof(arr) 返回整个数组的字节数,即5个int类型的字节数,为20个字节;
sizeof(arr) / sizeof(int) 返回数组中元素的个数,为5个;
sizeof(char) 返回char类型的字节数,通常为1个字节;
sizeof(c) 返回变量c的字节数,为1个字节;
sizeof(double) 返回double类型的


经典面试题:sizeof和strlen的区别?

sizeof是运算符,strlen是函数
sizeof 的参数可以是数据的类型,也可以是变量,而 strlen 只能以结尾为‘\0‘的字符串作参数。
编译器在编译时就计算出了 sizeof 的结果。而 strlen 函数必须在运行时才能计算出来。并且 sizeof 计算的是数据类型占内存的大小,而 strlen 计算的是字符串实际的长度。
数组做 sizeof 的参数不退化,传递给 strlen 就退化为指针了。


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