一个布尔类型为什么占用的内存与整型相同？C++

Question

当我在dev cpp中运行这个程序时，任务管理器显示它大约为79 MB。Codeforces使用gnu c++ 4.7编译器则显示它是79112千字节。

#include<stdio.h>
const int N=10010,K=1010;
struct TPos
{
    int charge;
    bool ex;
    TPos()
    {
        charge=1<<30;
        ex=false;    
    }  
};
TPos d[N][K];

int main()
{
    while(1);
    return 0;
}

但是当ex参数被注释时：

#include<stdio.h>
const int N=10010,K=1010;
struct TPos
{
    int charge;
    //bool ex;
    TPos()
    {
        charge=1<<30;
        //ex=false;    
    }  
};
TPos d[N][K];

int main()
{
    //while(1);
    return 0;
}

这个文件只有39536 KB。我以为布尔类型只需要一个字节，为什么会使文件大小翻倍呢？

- user2136963

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填充。 - BoBTFish

你可以尝试使用 attribute((packed)) 来查看它的效果（但对于性能来说通常不是一个好的做法）。 - Leeor

如果您不需要所有int位进行"charge"操作，甚至可以将内存需求降低到sizeof(int)。请参考下面的答案。（也许在charge中多或少2的幂次方并没有太大的区别。） - Tobias

Answer 1

如果不对结构体进行打包，它将始终占用可被字大小整除的内存（由于内存对齐）。您可以使用gcc中的__attribute__(packed)来打包结构体。例如，请参见此处。打包结构体可能会减少所需内存，但几乎肯定会减慢执行速度。

- Ivaylo Strandjev

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没错，这是可能的，但这可能不是一个好的实践，因为它可能会破坏对齐，并增加虚假缓存行冲突的机会。另请参见- http://digitalvampire.org/blog/index.php/2006/07/31/why-you-shouldnt-use-__attribute__packed/ - Leeor

Answer 2

布尔型是一个字节，但你在这里看到的是结构体对齐。

因为你的结构体包含一个整数，所以编译器自动将结构体按照整数大小对齐，以确保它在数组中得到正确对齐。否则，你的数组的第二个元素可能会在错误的地址上存储整数 - 这可能会导致性能下降，并且在某些架构上甚至会导致崩溃。

你可以使用编译器特定的pragma和属性来明确关闭结构体对齐，但你不想这样做。如果内存是一个关注点，考虑使用数组的结构体而不是结构体的数组。

- EboMike

Answer 3

由于内存对齐，这个bool在struct中与int对齐。意味着有一些额外未使用的字节。

这意味着sizeof( your_struct )会给出2 * sizeof(int)。

您可以进行一些实验 - 检查结构中更多的bool的sizeof（一个接一个），重新排序元素后再次检查大小等。这些是了解发生的情况的有用实验。此外，研究结构填充和内存对齐对您非常有用。

- Kiril Kirov

Answer 4

你可以使用大小规格说明符来减小对象的大小（请参见以下代码中的：）。如果你不是真正需要完整的int大小来处理charge，那么这可能会像TPosB一样。

#include <iostream>

#include<stdio.h>
struct TPosB
{
    int charge : sizeof(int)-1;
    bool ex : 1;
    TPosB()
    {
        charge=1 << sizeof(int)-2;
        ex=false;
    }
};
TPosB b;

struct TPos
{
    int charge;
    bool ex;
    TPos()
    {
        charge=1<<30;
        ex=false;    
    }  
};
TPos a;

int main()
{
    std::cout << "sizeof(int)" << sizeof(int);
    std::cout << "\nsizeof(a)=" << sizeof(a);
    std::cout << "\nsizeof(b)=" << sizeof(b);

    return 0;
}

- Tobias

Answer 5

这与结构对齐有关。在某些平台上，如果内存是4字节的倍数，则更容易寻址。编译器可能会填充您的结构以使其更易于使用。

如果我没错的话，您可以添加另一个bool变量，并且不会看到额外使用的空间。

检查编译器选项以了解如何禁用它，但请注意性能可能会受到影响。

- Sorin

Answer 6

确实，bool通常使用一个字节（但不一定）。

然而，C和C++也允许在结构体中添加填充，即空白空间，以便进行对齐。这有点复杂，但基本上当变量按特定边界对齐时，内存访问就会变得更快。

在这种情况下，添加额外的bool可能已经将结构体大小从4个字节（仅针对int）增加到8个字节，以便在数组中很好地对齐结构体。当然，这都取决于你的编译器，但你可以使用sizeof(TPos)来检查。

大多数编译器都有扩展功能，请求特定的结构体不被填充，即使这样会使它们使用起来更慢--你可能需要研究一下这个。

- Tristan Brindle