sizeof演算子

せりか式 - C 言語チュートリアル - sizeof演算子

sizeof演算子について検索してくる人が多いようなので，真面目にsizeof演算子についても書いておくことにします．

sizeof演算子

簡単に言うと，sizeofに渡された型や変数のメモリサイズを調べるものです．

sizeof演算子は2種類の使い方があります．

前者の型を与える方は特に悩む必要は無いと思います． 単に指定した型が利用するメモリサイズを返すものです．
問題は，後者の変数や定数を渡す方です．

sizeofに変数を渡した場合，その変数名で確保されているメモリサイズを返します．

int型の場合
int data[50];
int size = sizeof(data);    // dataは配列全体
の場合，sizeof(data)は配列全体のサイズを指します．当然のことながら，
int型のポインタの場合
int *data;
int size = sizeof(data);    // dataはint型のポインタ
の場合，sizeof(data)はint *のサイズを指します． これを踏まえた上で，
int型のポインタの場合２
int *data;
data = (int *)malloc(sizeof(int) * 100);
int size = sizeof(data);    // いったい何を指すのか？
の場合を考えてみましょう．
結構勘違いする人が多いようですが， mallocで確保したサイズではなく，int *のサイズを表しています．
mallocで確保したサイズを知りたい場合には，
ヘッダファイルmalloc.hをインクルードし， mallocで返されたポインタを引数として，malloc_usable_size関数を呼び出します．
mallocで確保されたメモリを知る
#include <malloc.h>

char *data;
data = (char *)malloc(100);
int size = malloc_usable_size(data);    // dataはmallocによって返されたポインタ
この場合，100かもう少し大きな値が返ってくるはずです．
ちょうど100にならないのは，メモリのアライメント(alignment)やoff-by-one バグに対する対策だとは思いますが，私もよく知りません．

例

いくつかのsizeofに関しての例をあげておきます

文字列に必要なメモリの長さを測る

sizeofに定数を渡すことができることから，文字列に必要なメモリの長さを知ることができます．

文字列に必要なメモリの長さを調べる
#define STR "文字列"
int size = sizeof(STR);    // defineで定義された文字列に必要なメモリの長さ

実際には，終端文字の都合上size+1のメモリが必要です．

長さを調べられない
char *STR = "文字列"
int size = sizeof(STR);    // ここでSTRはchar型のポインタなのでポインタのサイズになる
sizeofにより返される値のサイズを知る

もちろんsizeofの結果をsizeofに渡すこともできます

sizeofの返値のサイズを調べる
int size = sizeof (sizeof(int));    // sizeofの返値を引数としてsizeofを行う
for ループの例

sizeofの使い道の一つとしてforループのループ数の指定にあります．

forの例
double data[50];
double sum = 0;
for(int i = 0; i < sizeof(data) / sizeof(data[0]); ++i){
    sum += data[i];
}

ここで，sizeof(data)は，data[50]全体を指しますので，8 (double型のサイズ) x 50 = 400 となります．
次に，sizeof(data[0])は，一つの要素を指しますので，8 (double型のサイズ) となります．
そのため，400 / 8 = 50となり，dataの持つ要素数となります．
この方法で書いておくと，dataの型を変更した場合や，要素の数を変更した場合でもforの条件を書き換えずに， 要素全てに対して処理をおこなうことができます．

forに使えない例
double *data;
double sum = 0;
data = (double*)malloc(sizeof(double) * N);
for(int i = 0; i < sizeof(data) / sizeof(data[0]); ++i){
    sum += data[i];
}
free(data);

ここで，sizeof(data)は，data全体ではなく，dataの型つまりdouble *のサイズを示してしまいます． そのため，前の例のように，Nの回数分だけforの処理をすることはできません．

sizeof演算子の代用

sizeof演算子は、変数（型）のサイズを知るためによく使われますが、実はsizeof演算子を用いなくても、 サイズを知ることはできます。

プログラム1
    1:int ans;
    2:ans = (int)&(((int*)0)[1]);
この実行結果は、（処理系にもよりますが）4になるはずです。

また、構造体の途中までのサイズを知ることもできます。

プログラム2
    1:struct _data{
    2:   int A;
    3:   double B;
    4:   char C[4];
    5:};
    6:
    7:int ans;
    8:ans = (int)&(((struct _data*)0)->C);
この実行結果は、12になるはずです。

さて、なぜこのような結果になるか考えてみましょう。
さきほどの、(int)&(((struct _data*)0)->C)を見てみます。
これは、次の順に解釈されます。

    1:(struct _data*)0               0をポインタと見なして、struct _data型にキャスティングする。
    2:((struct _data*)0)->C          キャスティングした結果をもとに、変数Cを参照する。
    3:&(((struct _data*)0)->C)       参照したアドレスを読み出す。
    4:                               この時点で、0を基点としたCまでの距離が求められる。
    5:(int)&(((struct _data*)0)->C)  読み出したアドレスをint型にキャスティングする。
同様にして、(int)&(((struct _data*)0)[1])は、配列の次のアドレスまで、 つまり、一つの構造体のサイズを指すことになります。

ただし、これは構造体がきれいである必要があります。
プログラム中で使われる変数の開始位置は、メモリアクセスの関係上、通常は4バイト境界に置かれます。 そのため、構造体中にchar C[5];といったように4の倍数以外のサイズが紛れ込んだとき、 次の4バイト境界が出るまで未使用のメモリブロックとし、空白のメモリができてしまいます。
プログラム2において、char C[5];とすると、(int)&(((struct _data*)0)[1])の値は20となり、 実際の17とは異なる値となってしまいます。

追記
GNU libcは，8バイトになっているようですね．

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