C++结构成员内存分配

Question

我有一个类似这样的结构：

struct rtok {
    char type;
    std::string val;
    bool term;
};

我正在编写一个简单的解释器，这个"rtok“结构就是我表示令牌的方式。我有一个"rtoks“向量，我遍历它生成解析树。

我的质询是，如果我的架构内有3位议员，而我只给予1位议员一个价值，其他议员会否仍记忆犹新呢？

我的意思是，如果我将"val“设置为"test”，我的令牌会只占4个字节还是占用6个字节？( "val“为4个字节，类型为1个字节，术语为1个字节)。

Answer 1

假设您没有其他成员或虚拟函数，您的结构将始终占用sizeof(char) + sizeof(string) + sizeof(bool) + possible padding。string部件为自己分配一块内存，并在销毁时释放这些内存。但是，从技术上讲，这个内存并不是分配给struct的内存的一部分。

因此，无论您给出(或忽略)成员的值，结构总是具有相同的大小。

Answer 2

别担心，这比你想象的要多得多。

有两个因素:数据对齐和内部类型实现。首先，关于数据对齐:您的结构中的所有类型都是自然对齐的，这意味着char可以位于任何地址，但是void*可能需要对齐4或8，这取决于体系结构。

因此，如果我们猜到，std::string在内部只使用char*来保持x32上的布局：

struct rtok {
  char type;
  char* val; // here char * for simplicity
  bool term;
};

sizeof(rtok)运算符将给出12个字节，而不是6个字节，内存占用情况如下所示：

00: type (one byte)
01: padding
02: padding
03: padding
04-07: char * (4 bytes)
08: term (one byte)
09-0a: padding (3 bytes)

现在，如果我们用char*替换std::string，我们会发现结构的大小已经增长了，因为sizeof(std::string)通常比4个字节大。

但是，我们还没有计算字符串值本身。在这里，我们进入了堆管理和分配领域。

用于存储值的内存是在堆上分配的，而代码通常请求的量随需要而定，因此对于10个字符的字符串，它将是11个字节(10个字符加上null终止符的1个字节)。

而堆本身具有复杂的结构，具有小块堆等。在实际应用中，它意味着最小消耗量约为16字节或更多。这个数量不是您可以使用的，这个数量用于管理堆内部结构，唯一可用的数量可以只有一个字节。

如果将所有内容加在一起，您会发现，即使计划只使用两个字符加类型，所消耗的内存量也会大得多。

Answer 3

如前所述，struct总是固定大小的.有几种方法可以克服这一限制：

1. 存储指针并为其分配堆内存。
2. 使用char[1]的“未绑定”数组作为最后一个成员，并为堆中的struct本身分配内存。
3. 使用union为重叠成员节省一些空间。