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c++如何获取类的大小_c++ sizeof计算类内存对齐【面试】

尼克

尼克

发布时间:2026-02-12 18:49:09

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来源于php中文网

原创

sizeof计算类大小不等于成员变量之和,因编译器按成员对齐要求插入填充字节,且总大小需为最大对齐值的倍数;含虚函数时增加vptr(通常8字节),空类加虚函数后大小变为8;继承中布局依基类和新增成员排列并整体对齐,虚继承引入vbptr;可用编译器选项如-fdump-class-hierarchy查看详细布局。

c++如何获取类的大小_c++ sizeof计算类内存对齐【面试】

sizeof 计算类大小时为什么结果不是成员变量之和

因为 C++ 编译器会对类成员做内存对齐(alignment),以满足硬件访问效率要求。每个成员会按其自身对齐要求(通常是其类型的 alignof 值)被放置在特定偏移地址上,中间可能插入填充字节(padding)。最终类的大小还要能被其最大对齐要求整除。

例如:

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struct A {
    char a;    // offset 0, size 1
    int b;     // offset 4 (not 1), because int usually needs 4-byte alignment
    char c;    // offset 8
}; // sizeof(A) == 12 on most x86-64 compilers
  • char 对齐要求是 1,int 通常是 4,所以 b 不能紧挨着 a 放在 offset 1,必须跳到 offset 4
  • 结构体总大小必须是其最大对齐值(这里是 4)的倍数,所以末尾补 3 字节,凑成 12
  • alignof(A) 可查该类的对齐值,通常等于其成员中最大的 alignof

有虚函数的类为什么 sizeof 会变大

只要类中声明了虚函数(哪怕一个),编译器就会为该类加入一个隐式的虚函数表指针(vptr),通常占 8 字节(64 位系统)或 4 字节(32 位系统),并放在对象起始位置。

例如:

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struct B {
    char x;
    virtual void f() {}
}; // sizeof(B) == 16 on x86-64 (8 for vptr + 1 for x + 7 padding)
  • vptr 占据前 8 字节,x 放在 offset 8,后面补 7 字节使总大小满足 8 字节对齐(因为 vptr 的对齐要求是 8)
  • 即使虚函数是纯虚的、或者类只继承虚基类,只要存在虚函数机制,vptr 就存在
  • 空类(无成员、无虚函数)的 sizeof 是 1,但一旦加虚函数,立刻变成至少 8(或 4)

继承关系下 sizeof 如何累加和对齐

派生类对象内存布局 = 基类部分 + 派生类新增成员,但需整体重新对齐。虚继承会额外引入虚基类指针(vbptr),进一步影响大小。

  • 普通单继承:基类子对象放在前面,新增成员追加在后,整体再按最大对齐要求补齐
  • 多继承:各基类子对象依次排列,各自对齐;新增成员放在最后;整个对象仍要满足最大对齐
  • 虚继承:编译器会在派生类中插入 vbptr(通常 8 字节),指向虚基类子对象;虚基类子对象被“挪到”对象末尾,避免重复继承时冗余
  • #pragma pack(n) 可强制指定对齐边界,但会破坏 ABI 兼容性,慎用

如何准确查看类的内存布局和对齐细节

靠猜容易出错,建议用编译器内置工具验证。GCC/Clang 支持 -fdump-class-hierarchy,MSVC 用 /d1reportAllClassLayout

  • GCC 示例:g++ -fdump-class-hierarchy test.cpp 生成 test.cpp.003t.class,里面包含每个类的成员 offset、size、vtable 位置等
  • Clang 也可用 -Xclang -fdump-record-layouts 直接打印布局
  • 运行时可用 offsetof 查某个成员偏移:offsetof(MyClass, member)
  • 注意:不同编译器、不同标准(C++11/17/20)、不同优化级别可能微调布局,不要依赖绝对 offset

实际面试中,考察点往往不是死记规则,而是能否结合对齐、vptr、继承三者推导出合理大小;最容易忽略的是「类的对齐值决定总大小是否需要补齐」,而不是只看成员加起来多少。

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