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为什么在C++中char和bool类型大小相同？

c++boolean
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我正在阅读《C++ 程序设计语言》。Stroustrup 在书中指出，sizeof(char) == 1，1 <= sizeof(bool)，具体取决于实现。为什么布尔值这样简单的类型需要与 char 占用相同的空间呢？

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它们不是“相同大小”。像其他类型一样，bool 必须至少与 char 相同大小。但它可以更大。 - underscore_d
7个回答
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在现代计算机架构中，一个字节是最小可寻址的内存单元。要将多个位打包成一个字节需要应用额外的位移操作。在编译器级别上，这是内存与速度需求之间的权衡（在高性能软件中，那些额外的位移操作可能会累加并使应用程序不必要地减慢）。

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因为在C++中，您可以取布尔值的地址，而大多数机器无法寻址单个位。

真的，但你可以通过重载一元&运算符并返回代理引用类来伪造它 :-P - Evan Teran
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所谓的“伪指针”不能表示为char，因为C++标准要求将指向内置类型（不包括指向函数和成员的指针）的指针表示为char。因此，虽然对于用户定义的类型来说这个技巧很有用，但编译器无法将其用于bool类型。 - Steve Jessop
这是正确的答案。更有趣的问题是，为什么标准的作者们不愿意承认可能存在一个独立的“位”类型，其地址无法被获取，特别是它确实在结构体中识别了这种类型的概念（使用位域），而且自从这种类型在嵌入式C世界中已经被使用了很长时间。并非所有的链接器都支持比一个字节更细的粒度，但标准可以允许编译器在方便的情况下按位分配“位”变量，而不需要在任何情况下都这样做。 - supercat
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它占用相同的空间，因为在内存中，你可以写入的最小空间是一个字节。这两个值都存储在一个字节中。虽然理论上只需要1个比特来表示布尔值，但你仍然需要一个完整的字节来存储该值。

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理论上，bool 只需要一个比特位，但是使用少于 1 字节的数据会很混乱。您需要更多指令才能实现任何操作，并且没有真正的好处。
如果您想将多个 bool 压缩到单个字节中，可以使用 位域结构。
但是最好不要这样做。 - Jonathan Leffler
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一个字节是内存中最小的可寻址单元。
考虑以下代码：
    bool b[9];
    bool *pb0 = &b[0];
    bool *pb1 = &b[1];

    for (int counter=0; counter<9; ++counter)
    {
         // some code here to fill b with values
         b[counter] = true;

    }

如果将bool存储为1位，则pb0将等于pb1，因为它们具有相同的地址。显然，这是不可取的！
此外，在循环中的赋值将导致非平凡汇编代码。每次迭代循环都会涉及不同的位移操作。在高性能软件中，这些额外的位移操作可能会不必要地减慢应用程序。
STL库提供了一种解决方案，适用于空间确实很重要的情况。使用std::vector<bool>将bool存储为1位。上述例子的悖论不适用于该方法，因为
- operator[]的重载隐藏了位移操作的严格性 - 使用迭代器而不是指针可以使实现更加灵活
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实际上，据我所知，在大多数实现中sizeof(bool) == sizeof(int)。 "int"旨在成为CPU最有效地处理的数据大小。因此，像"char"这样没有特定大小的东西与int的大小相同。如果每个对象有大量这些元素，您可能需要实现一种存储它们的打包方式，但在正常计算期间，应该保留其本机大小。

如果您要使用布尔数组，请使用std::vector<bool>，它具有用于位向量的专门实现，每个元素仅使用一个比特。 - Mats Fredriksson
@mats：std::bitset 比较稳定。vector<bool> 尝试成为 STL 容器，但失败了。此外还有 boost::dynamic_bitset，与 std::bitset 不同的是它可以增长。 - Steve Jessop
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在C++中有一个叫做vector的东西，它试图利用理论上可以在一个char中存储8个bool的事实，但它被C++标准委员会普遍认为是一个错误。《effective stl》这本书实际上说“不要使用它”。这应该让你明白它有多棘手。
顺便说一下：Knuth有一本专门讲位运算的书。Boost也有一个库专门处理大量位数以更节省内存的方式。
你的意思是“被称为向量 **<bool>**”。其他类型的 vector 都是完全合理的。 - underscore_d
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