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C++ 类的大小怎么计算 C++ 空类大小为什么是1字节【理论】

穿越時空

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发布时间:2026-01-25 11:43:02

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空类大小为1字节,因C++标准要求同一类型对象地址必须唯一;含成员类大小由成员总和、内存对齐填充及虚表指针决定;继承时遵循空基类优化、虚继承加vbptr等规则。

c++ 类的大小怎么计算 c++ 空类大小为什么是1字节【理论】

空类的大小为什么是 1 字节

因为 C++ 标准规定:同一个类型的两个对象在内存中不能拥有相同的地址。如果空类 class A {}; 的大小为 0,那么声明 A a, b; 时,ab 就可能被分配到同一地址,违反对象唯一性要求。编译器必须至少分配 1 字节来保证每个对象有独立地址。

这个 1 字节不存储任何用户数据,也不可访问(没有成员变量),纯粹是“占位符”——你可以用 sizeof(A) 验证结果恒为 1,无论是否含默认构造/析构函数。

含成员变量的类大小怎么算

类的大小由三部分决定:所有非静态成员变量的大小总和、内存对齐填充、以及可能的虚函数表指针(vptr)。

  • 先按声明顺序累加各成员变量的 sizeof
  • 每添加一个成员,编译器会根据其对齐要求(通常是自身大小或 alignof 值)调整偏移量,插入必要填充字节
  • 整个类的最终大小也需满足其最大对齐要求(即 alignof(类名)),末尾可能补填充
  • 若含虚函数(哪怕一个),多数编译器会在对象开头隐式插入一个 vptr(通常 8 字节 on x64),并影响整体对齐

例如:struct S { char a; int b; }; 在 x64 下,a 占 1 字节,但 b 要求 4 字节对齐,所以中间填 3 字节;sizeof(S) 是 8,不是 5。

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继承关系下类大小怎么变化

派生类大小 = 基类部分大小 + 派生类新增成员大小 + 可能的额外填充,但要注意:

  • 空基类优化(EBO):如果基类为空(如 class B {};),且不是虚继承,编译器可完全省略其空间占用——sizeof(derived) 可能等于仅新增成员的大小
  • 虚继承会强制加入虚基类指针(vbptr),通常 8 字节,且虚基类子对象在最终派生类中只保留一份,位置不固定,常导致额外填充
  • 多重继承时,各基类子对象依次排布,各自对齐规则独立生效;若多个基类含虚函数,则各自 vptr 都存在(除非共享同一虚表)

例如:struct D : B { int x; };B 为空),sizeof(D) 很可能是 4(而非 1+4),这就是 EBO 在起作用。

容易被忽略的细节和陷阱

实际计算时,别只盯着成员变量列表,这几个点常导致预估偏差:

  • #pragma packalignas 会显式改变对齐,直接破坏默认填充逻辑
  • 位域(bit-field)不单独对齐,但所在整型单元仍受对齐约束;跨单元的位域可能引发意外填充
  • 静态成员变量不计入 sizeof,它们存在全局区,与对象实例无关
  • 成员函数(包括虚函数)本身不占对象空间,只有虚函数才通过 vptr 间接增加开销
  • 不同编译器或 ABI(如 Itanium vs MSVC)对虚继承、异常支持等的布局策略不同,sizeof 不跨平台保证一致

最稳妥的方式永远是实测:static_assert(sizeof(MyClass) == N);,而不是靠手算推导——尤其在涉及模板、多重虚继承或自定义对齐时,手动计算极易出错。

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