为什么没有成员变量的C++类会占用空间

Why do C++ classes without member variables occupy space?

本文关键字：C++ 占用空间 变量 成员 为什么      更新时间：2023-10-16

我发现，即使类是一个没有成员变量（或只有静态成员变量）的谓词，MSVC和GCC编译器也会为每个类实例分配至少一个字节。以下代码说明了这一点。

#include <iostream>
class A
{
public:
   bool operator()(int x) const
   {
      return x>0;
   }
};
class B
{
public:
   static int v;
   static bool check(int x)
   {
      return x>0;
   }
};
int B::v = 0;
void test()
{
   A a;
   B b;
   std::cout << "sizeof(A)=" << sizeof(A) << "n"
             << "sizeof(a)=" << sizeof(a) << "n"
             << "sizeof(B)=" << sizeof(B) << "n"
             << "sizeof(b)=" << sizeof(b) << "n";
}
int main()
{
   test();
   return 0;
}

输出：

sizeof(A)=1
sizeof(a)=1
sizeof(B)=1
sizeof(b)=1

我的问题是编译器为什么需要它？我能想到的唯一原因是确保所有成员var指针都不同，这样我们就可以通过比较指向A或B类型的两个成员的指针来区分它们。但在处理小型集装箱时，这样做的成本相当高。考虑到可能的数据对齐，我们可以在没有vars（？！）的情况下获得每个类最多16个字节。假设我们有一个自定义容器，它通常会包含一些int值。然后考虑一组这样的容器（大约有1000000个成员）。开销将是16*1000000！发生这种情况的一个典型情况是，一个容器类的成员变量中存储了一个比较谓词。此外，考虑到类实例应该总是占用一些空间，在调用a（）（value）时应该期望什么类型的开销？

必须满足C++标准中的一个不变量：相同类型的每个C++对象都需要有一个唯一的地址才能识别。

如果对象不占用空间，那么数组中的项将共享相同的地址。

基本上，它是两个需求之间的相互作用：

  • 同一类型的两个不同对象必须位于不同的地址
  • 在数组中，对象之间可能没有任何填充

注意，仅第一个条件不需要非零大小：给定

struct empty {};
struct foo { empty a, b; };

第一个要求可以通过具有一个零大小的a后跟一个单个填充字节以强制不同的地址、后跟一个零尺寸的b来容易地满足。然而，给定

empty array[2];

因为不允许在不同对象CCD_ 3和CCD_。

所有完整的对象都必须有一个唯一的地址；因此，它们必须至少占用一个字节的存储空间，即位于其地址的字节。

发生这种情况的一个典型情况是，一个容器类的成员变量中存储了一个比较谓词。

在这种情况下，您可以使用空基类优化：允许基子对象与它所属的完整对象具有相同的地址，因此不会占用任何存储空间。因此，您可以将谓词作为（可能是私有的）基类而不是成员附加到类。这比会员更麻烦处理，但应该可以消除开销。

调用A（）（value）时应该期望什么类型的开销？

与调用非成员函数相比，唯一的开销是传递额外的this参数。如果函数是内联的，那么应该消除这种情况（通常情况下，在调用不访问任何成员变量的成员函数时也是如此）。

已经有很好的答案回答了主要问题。我想谈谈你表达的担忧：

但在处理小型集装箱时，这样做的成本相当高。考虑到可能的数据对齐，我们可以在没有vars（？！）的情况下获得每个类最多16个字节。假设我们有一个自定义容器，它通常会包含一些int值。然后考虑一组这样的容器（大约有1000000个成员）。开销将是16*1000000！发生这种情况的一个典型情况是，一个容器类的成员变量中存储了一个比较谓词。

避免持有A的成本

如果容器的所有实例都依赖于类型A，则无需在容器中保存A的实例。与A的非零大小相关联的开销可以通过在需要时在堆栈上简单地创建A的实例来避免。

无法避免持有A的成本

如果A是多态的，那么您可能会被迫在容器的每个实例中保留一个指向A的指针。对于这样一个容器，每个容器的成本增加了一个指针的大小。基类A中是否有任何成员变量对容器的大小没有影响。

sizeof A的影响

在任何一种情况下，空类的大小都不应与容器的存储要求有关。

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