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今天有一个网友问了我关于空结构体占用空间的问题。对于空结构体占用空间的问题,这个一早就知道,所以开始没有在意,直接就回答了。但是后来网友的提问下,还是发现一些有趣的事情。下面就来说说这个事情。
他的问题如下:
- #include <stdio.h>
-
-
typedef struct empty {
-
} empty_t;
-
-
int main()
-
{
-
empty_t a, b;
-
-
printf("a address is 0x%X\n", &a);
-
printf("b address is 0x%X\n", &b);
-
-
if (&a == &b) {
-
printf("address is equal\n");
-
}
-
else {
-
printf("address is not equal\n");
-
}
-
- return 0;
-
}
他当时问我,输出是相等还是不相等。我直接说不等,因为了解空结构体的问题。对于空结构体来说,尽管看上去它没有包含任何的成员变量,似乎占用空间应该为0。但是像上面的代码中定义empty_t a, b,如果empty_t占用0字节的话,那么a和b就会使用同一地址。这样的话,就会有冲突。所以对于空结构体来说,其大小一般为1字节或者4字节。——注意,这是我以前所知。所以,我就毫不犹疑的告诉他,输出为“not equal”。
他告诉我结果是“not equal”,但是为什么前面输出的&a和&b的地址却是相等的,但是后面却是"not equal"呢?这一下勾起了我的兴趣,我又让他打印sizeof看看。结果他告诉我,linux上是0,windows上是1。现在看这个问题,是不是有点意思了啊?
我决定自己调试一下,先看了一下输出,确实如他所述
- [xxx@xxx-vm-fc13 test]$ ./a.out
-
a address is 0xBFE20B10, size is 0
-
b address is 0xBFE20B10, size is 0
-
address is not equal
输出地址相同,size为0,但是后面却输出address is not equal。那么调试一下看看吧。
- (gdb) p &a
-
$1 = (empty_t *) 0xbffff620
-
(gdb) p &b
-
$2 = (empty_t *) 0xbffff620
-
(gdb) p sizeof(a)
-
$3 = 0
-
(gdb) p sizeof(b)
-
$4 = 0
-
(gdb) p &a==&b
-
$5 = 1
前面的输出值都是跟程序输出的结果一样,但是在gdb中打印&a==&b,结果却是1,与程序输出结果不符。
看到这里,我大概就知道怎么回事了,于是使用反汇编来确定自己的想法。
- 1 (gdb) disassemble main
-
2 Dump of assembler code for function main:
-
3 0x080483f4 <+0>: push %ebp
-
4 0x080483f5 <+1>: mov %esp,%ebp
-
5 0x080483f7 <+3>: and $0xfffffff0,%esp
-
6 0x080483fa <+6>: sub $0x10,%esp
-
7 0x080483fd <+9>: mov $0x8048514,%eax
-
8 0x08048402 <+14>: movl $0x0,0x8(%esp)
-
9 0x0804840a <+22>: lea 0x10(%esp),%edx
-
10 0x0804840e <+26>: mov %edx,0x4(%esp)
-
11 0x08048412 <+30>: mov %eax,(%esp)
-
12 0x08048415 <+33>: call 0x8048314
-
13 0x0804841a <+38>: mov $0x8048534,%eax
-
14 0x0804841f <+43>: movl $0x0,0x8(%esp)
-
15 0x08048427 <+51>: lea 0x10(%esp),%edx
-
16 0x0804842b <+55>: mov %edx,0x4(%esp)
-
17 0x0804842f <+59>: mov %eax,(%esp)
-
18 0x08048432 <+62>: call 0x8048314
-
19 0x08048437 <+67>: nop
-
20 0x08048438 <+68>: movl $0x8048553,(%esp)
-
21 0x0804843f <+75>: call 0x8048324
-
22 0x08048444 <+80>: leave
-
23 0x08048445 <+81>: ret
-
24 End of assembler dump.
第8行是把sizeof(a)的结果0,赋给0x8(%esp),第9行是取0x10(%esp)的地址,赋给%edx。
第14行和第15行与之类似。所以无论是程序的输出还是gdb调试时候的打印结果,都表明a和b的地址相同,且sizeof都为0.
第20行 movl $0x8048553,(%esp) 是这个问题的关键,这里没有任何的条件判断,也就是说gcc对代码进行了优化,它认为&a == &b为一个常量值,那么这个后面的条件语句已经是可以通过编译知道结果的。所以直接选择后面的语句执行,而去掉了条件判断。
那么让我们看看这个地址0x8048553是什么的地址吧。
- (gdb) x /s 0x8048553
-
0x8048553 <__dso_handle+67>: "address is not equal"
真相已经出来了。
下面总结一下:
1. 对于空结构体来说,linux与windows不同,空结构体的size确实当作0字节。——刚刚在windows验证了(VS2008),空结构体的size为1(但是我想肯定可以通过编译选项,将其对齐为4。不过我非windows程序员,就不研究这个了);
2. 对于这个问题,gcc在编译阶段进行了优化。对于空结构体来说,即使gcc把它的size作为0处理,但是定义两个两个变量时,仍然认为这两个变量的地址不同。——说实话,我觉得这一点处理上有些矛盾,不知道算不算gcc的bug呢;
3. 调试过程中,gdb是真正的去取a和b的地址,所以在gdb中&a==&b的值为1;
4. 对于这种有意思的代码行为,还是自己去调试一下,才能有收获。最好是可以在各个平台试验一下。
5. 在回答别人的问题时,对自己也是一种提高。因为每个人的思考方法是不同的,总会得到一些新东西,或者加深自己对问题的理解。
更新:
在C99 6.7.2.1中:
If the struct-declaration-list contains no named members, the behavior is undefined.
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