C++で空のクラスのサイズがゼロにならない理由を解説

C++において、メンバ変数やメンバ関数を一切持たない「空のクラス」を定義した場合、そのサイズは果たして0バイトになるのでしょうか。結論から言うと、C++の標準規格ではサイズが0のオブジェクト（クラス）の存在を許していません。その理由は、もしサイズ0のオブジェクトが許されてしまうと、互いに異なる2つのオブジェクトが同一のメモリアドレスを持つ可能性が生じるためです。このため、たとえ空のクラスであっても、必ず最低1バイト以上のサイズを持つことが保証されています。一般的に、空のクラスのサイズは1バイトです。以下のコード例で実際に確認してみましょう。

例1：空のクラスのサイズを確認する

#include<iostream>
using namespace std;
class MyClass {
};
int main() {
    cout << sizeof(MyClass);
}

出力

1

この結果から、空のクラスのオブジェクトであっても、少なくとも1バイトのメモリを消費することがわかります。これは、異なる2つのオブジェクトが必ず異なるアドレスを持つことを言語仕様として保証するためです。次の例で、スタック上に生成した2つのオブジェクトのアドレスを比較してみます。

例2：スタック上のオブジェクト同士のアドレス比較

#include<iostream>
using namespace std;
class MyClass {
};
int main() {
    MyClass a, b;
    if (&a == &b)
        cout << "Same " << endl;
    else
        cout << "Not same " << endl;
}

出力

Not same

動的なメモリ確保の場合も同様です。new キーワードで生成された各オブジェクトには、同じ理由からそれぞれ異なるアドレスが割り当てられます。

例3：動的に確保したオブジェクト同士のアドレス比較

#include<iostream>
using namespace std;
class MyClass {
};
int main() {
    MyClass *a = new MyClass();
    MyClass *b = new MyClass();
    if (a == b)
        cout << "Same " << endl;
    else
        cout << "Not same " << endl;
}

出力

Not same

このように、静的・動的を問わず、すべてのオブジェクトが一意のアドレスを持つことが保証されているため、空のクラスにも最低1バイトのサイズが必要となるのです。

補足：空き基底最適化（EBO）という例外

なお、「空のクラスでも最低1バイトを占める」というルールには例外があります。それが空き基底最適化（EBO: Empty Base Optimization）と呼ばれる仕組みです。あるクラスが空のクラスを基底クラスとして継承する場合、コンパイラはその空の基底クラスのために追加のストレージを割り当てないことが許されています。これにより、関数オブジェクトやポリシークラスなど、状態を持たないクラスを継承で組み合わせる際に、メモリの無駄を削減できます。std::vector のアロケータ設計など、標準ライブラリ内部でも広く活用されている重要な最適化手法です。