有趣的问题：空结构体的占用空间问题

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作者：[e-mail]
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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.