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

Question

类模板std::variant 代表一个类型安全的联合。在任何给定时间，std::variant 的实例要么持有其替代类型之一的值，要么不持有任何值。

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

但如果是联合，为什么要占用这么多空间呢？

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

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

变体与结构体大小相同

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中对齐最大的类型是double，对齐为8。这意味着整个variant必须对齐为8。这也意味着它的大小必须是的倍数8，确保在一个数组中，每个variant 的double 都与8 对齐。

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签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，使其大小为 8 的倍数。

更正确的比较是：

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

Answer 2

基本答案是：出于对齐的原因。由于您的类型之一是双精度型，而双精度型是 8 字节且具有 8 字节对齐要求，这意味着该变体也具有 8 字节对齐要求。所以它的大小只能是 8 个字节的倍数。正如您自己所指出的，最小尺寸是最大的类型+附加的东西以指示哪个成员处于活动状态。这意味着它不能容纳 8 个字节，但是对齐要求会强制它一直到 16 个字节。

这就是为什么它不能是 12 字节的原因，正如你所推理的那样。顺便说一句，也没有规定主动类型存储必须是 4 个字节。事实上，很明显，在绝大多数情况下，你可以用一个字节来区分 255 种类型，再加上空状态。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 个字节用于确定哪种类型处于活动状态。

Answer 3

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

很明显，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架构（填充）和实现，因为标准对大小没有限制。

Answer 4

有趣的是，你被巧合欺骗了。下面的返回是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（或更小，但与 8 个字节对齐）。加上你的工会，这就是 16 个。