为什么 sizeof(std::variant) 与具有相同成员的结构的大小相同？

Question

class 模板 std::variant 表示类型安全的联合。 std::variant 的实例在任何给定时间要么持有其替代类型之一的值，要么不持有任何价值。

sizeof(std::variant<float, int32_t, double>) == 16

但是如果是联合，为什么要那么多space？

struct T1 {
    float a;
    int32_t b;
    double c;
};

struct T2 {
    union {
        float a;
        int32_t b;
        double c;
    };
};

变量与结构大小相同

sizeof(T1) == 16
sizeof(T2) == 8

我希望联合的大小加上要存储的 4 个字节，哪种类型是活动的。

Answer 1

这里variant中最大对齐的类型是double，对齐为8。这意味着整个variant必须有8的对齐。这也意味着它的大小必须是 8 的倍数，确保在一个数组中每个 variant 将其 double 对齐 8.

但是变体必须存储的不仅仅是最大的类型：它还必须存储标识符或标记以了解当前实例化的类型。因此，即使该标识符仅使用 1 个字节，整个结构也会被填充为 16，因此它的大小是 8 的倍数。

更正确的比较是：

struct
{
    union
    {
        float a;
        int32_t b;
        double c;
    };
    int identifier;
};

Answer 2

虽然变体在逻辑上是类型安全的联合体，但不能保证它们的大小等于具有相同成员的原始联合体的大小。

显然，由于变体（与原始联合不同）需要存储有关当前活动类型的信息，因此它必须更大。变体的实际大小取决于体系结构（填充）和实现，因为标准对大小没有限制。

Answer 3

有趣的是，你被巧合骗了。下面的return是16：

sizeof(std::variant<float, int32_t, double, int64_t>)

还有这个：

sizeof(std::variant<float, int32_t, double, int64_t, double>)

所以基本上 std::variant 中有一个内部变量，其大小为 8 个字节（或更少，但对齐到 8 个字节）。那，加上你的工会，就是 16。

Answer 4

基本答案是：出于对齐原因。由于您的一种类型是双精度型，而双精度型是 8 字节且具有 8 字节对齐要求，这意味着变体也具有 8 字节对齐要求。所以它的大小只能是8字节的倍数。正如您自己指出的那样，最小尺寸是最大的类型 + 一些额外的东西来指示哪个成员是活跃的。这意味着它不能容纳 8 个字节，但随后对齐要求强制它一直到 16 个字节。

这就是为什么它不能像您所说的那样是 12 字节的原因。顺便说一句，也没有规则说活动类型存储必须是 4 个字节。事实上，很明显，在绝大多数情况下，你可以通过一个字节来解决问题，它可以区分 255 种类型，加上空状态。我们可以测试一下：

struct null {};
std::cerr << sizeof(std::variant<bool, null>);

我刚刚在 coliru 上测试了这个，它打印出“2”。在这种情况下，1 个字节用于最大类型（bool），1 个字节用于确定哪个类型是活动的。

为什么 sizeof(std::variant) 与具有相同成员的结构的大小相同？

Why is sizeof(std::variant) the same size as a struct with the same members?

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