面试题：C++ 空类 sizeof 值与内存对齐

Question

已知在 C++ 中，空类有非零的 sizeof 值。假设有如下代码：`class Base {}; class Derived : public Base {};`，请分析 `sizeof(Derived)` 的值可能是多少，以及在不同编译器下因内存对齐规则不同对其值的影响。若 `Derived` 中再添加一个 `char` 类型成员变量，`sizeof(Derived)` 又会如何变化，为什么？

Answer 1

1. sizeof(Derived) 没有成员变量时：
   • 在C++中，空类也会有非零的 sizeof 值，通常为1字节。这是为了确保每个对象在内存中有唯一的地址。当 Derived 类从空类 Base 公有继承时，sizeof(Derived) 的值通常和 sizeof(Base) 相同，即1字节。
   • 不同编译器下内存对齐规则的影响：
     • 大多数编译器会保证对象的地址是对齐的，一般按照特定的字节数（如4字节、8字节等）对齐。但对于空类及其派生类，由于没有实际成员，编译器为了满足对象唯一性，会至少分配1字节空间，所以在这种简单情况下，内存对齐规则通常不会改变 sizeof(Derived) 的值，仍然为1字节。
2. Derived 中添加一个 char 类型成员变量时：
   • char 类型本身占用1字节。此时 sizeof(Derived) 的值至少为1字节（char 成员的大小）加上 Base 类的大小（通常为1字节），所以 sizeof(Derived) 至少为2字节。
   • 内存对齐规则的影响：
     • 假设对齐模数为1：在这种情况下，sizeof(Derived) 为2字节，因为不需要额外的填充，char 成员紧挨着 Base 类对象部分存储。
     • 假设对齐模数为2：由于 char 成员本身占用1字节，为了满足2字节对齐，编译器会在 char 成员后填充1字节，此时 sizeof(Derived) 为4字节（2字节的 Base 类部分 + 1字节的 char 成员 + 1字节填充）。
     • 假设对齐模数为4：同样为了满足4字节对齐，sizeof(Derived) 也为4字节（2字节的 Base 类部分 + 1字节的 char 成员 + 1字节填充）。因为整体需要以4字节对齐，即使 char 成员加上 Base 类部分不足4字节，也会填充到4字节。