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STL 中类的字节大小

“STL 中 xx 类的大小是多少字节？”这是一个非常无趣且常见的问题。你可以在非常多的地方见到，不管是技术论坛、QQ交流群、各种教学视频、面试八股。

然而，大多数回答都是不准确的并且错误的想法众多，或许我唯一觉得不错的回答是：“实现定义”。

当然，这回答肯定不是各位想要的，那我们就来稍微的详细聊一聊吧。

本节虽然是展开的聊广泛的情况，不过也可能会稍微聊一下具体标准库的具体类的源码实现，帮助各位更加直接的进行理解。

STL 中的类它的字节大小和什么有关

这是多方面的，但是和 C++ 标准没有什么直接关联，和编译器也没什么直接关系。

基本在于五点：

  • 标准库
  • 标准库版本
  • Debug/Release
  • 32/64 位
  • 更加复杂的环境依赖

我们不讲古老版本和现在的 STL 比较，那是浪费时间。光下面这些内容和可能性就够多了。

目前常见的只有三种 C++ 标准库，MSVC STL、 libstdc++ 、libc++。基本也视作对应三个编译器，MSVC、GCC、clang，当然了，clang 也能用 libstdc++ 乃至 MSVC STL，不过这不重要。

我知道这里一定有人挑刺，想要纠正本人对于 STL 和标准库的理解，表达 STL 和标准库不是一个东西。然而我想告诉各位并没有严格定义，并且具体情况具体分析，在本节内容，这不重要。

举例 std::vector

sizeof(std::vector<int>)

即使是这么常见的，各家标准库实现几乎并无太大不同的 std::vector ，其所占字节大小也有至少四种可能：12、24、16、32。

测试链接。godbolt 没办法让 clang 使用 MSVC STL，所以使用 vs 安装了 clang-cl 16 进行本地测试。

产生这四种结果有两个原因：

  1. 32与64位环境指针的大小不同
  2. MSVC STL 与另外两个标准库不同，在 debug 的情况下多了一个迭代器。

这个结果无关编译器，你的 clang 也完全可以运行出这 4 种结果，因为你的 clang 也能用 MSVC STL。

如果使用 MSVC 或 clang 编译器完全可能是以上四个任意一个结果，所以本人非常厌恶不明确的问题，最终沦为愚蠢的不带脑子的八股进行背诵。如果要由你们自己补充题目再完全正确的回答这个问题，要求的知识水平又过高了。

举例 std::string

sizeof(std::string)

std::string 的可能性就更多了，它的实现还有一个 SSO 缓冲。其所占字节大小至少也有四种可能：24、28、32、40。

这四个结果的原因和前面一样。

举例 std::thread

sizeof(std::thread)

这个类我们就稍微详细聊聊吧，毕竟是较为简单的独立类。

MSVC STL 的 std::thread 实现是只保有一个私有数据成员 _Thr：

private:
    _Thrd_t _Thr;

_Thrd_t 是一个结构体，它保有两个数据成员：

using _Thrd_id_t = unsigned int;
struct _Thrd_t { // thread identifier for Win32
    void* _Hnd; // Win32 HANDLE
    _Thrd_id_t _Id;
};

结构很明确，这个结构体的 _Hnd 成员是指向线程的句柄，_Id 成员就是保有线程的 ID。

在64 位操作系统，因为内存对齐，指针 8 ，无符号 int 4，这个结构体 _Thrd_t 就是占据 16 个字节。也就是说 sizeof(std::thread) 的结果应该为 16。

libstdc++ 的实现则不同，它为了支持更多平台，使用了一些宏进行兼容，但是它最终保有私有数据成员是：

private:
    id            _M_id;

id 就是 libstdc++ 实现的 std::thread::id，那么问题继续，这个 std::thread::id 类型又是保有了什么数据成员呢？

native_handle_type  _M_thread;

它只保有了这样一个成员，native_handle_type 是定义的别名，它是：

#ifdef _GLIBCXX_HAS_GTHREADS
    using native_handle_type = __gthread_t;
#else
    using native_handle_type = int;
#endif

那么，__gthread_t 又是什么？

typedef __gthr_win32_HANDLE __gthread_t;
typedef void *__gthr_win32_HANDLE;

所以其实是 void*，那么问题就解决了。

libstdc++ 实现的 std::thread 要吗相当于保有了一个 void*，要吗是 int，至于大小也不一定，32 位的话自然指针也是 4 字节。

大多数情况下你 sizeof(std::thread) 会为 8，也就是 _GLIBCXX_HAS_GTHREADS 宏被定义，即有 GThread。

实测 windows11 环境，gcc 不管是 POSIX 还是 win32 线程模型，都不重要，64位下 sizeof(std::thread) 都会为 8。测试 wsl 中的 gcc 也是一样。

libc++ 就不再介绍了，有兴趣各位可以自己慢慢看。

如果有兴趣，建议阅读 std::thread 的构造-源码解析。

总结

我们讲的情况并不是全部，比如根本没对比古老实现的的 STL 库的结果。但是，这不影响，因为本文要表达的意思到了。

  • 提问者应当说清楚问题，让其具体且没有歧义。

尤其讨厌 2024 年了，提问的语境还默认什么 gcc4.9 ，你是在和我开玩笑吗？或许手里拿的八股答案就是这玩意。

本文也不是为各位介绍分析 STL 中那些类的字节大小、实现原理。而且不用感到奇怪，主旨就是：

  • 具体问题具体分析。

并且如果你有兴趣自己分析这些问题，那么你显然需要阅读源码。然而不会模板，阅读标准库源码，是无稽之谈。这里推荐一下：现代C++模板教程。