从gdb看C/C++（三）——结构体和联合体

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C里面的结构体和联合体都涉及到字节对齐的问题。

首先说一下结构体。结构体内存布局的规则是

1.以成员中最大的数据类型为步长分配内存块给结构体

2.每个成员存储的起始地址必须是自身类型的整数倍

比如说一个结构体

struct A
{

    char a;    

    int b;

    char c;

    short d;

};

A里面最大的类型是int，4个字节，所以以4个字节为单位分配内存块给A。

先分配一个4个字节内存块给A，把A.a放进去，内存是这样的：（每个数字代表一个字节，1是有数据存放，*是没有数据存放）

1***

a

再放b，b有4个字节，放不下了，增加一个内存块，由于规则2，b必须在4的倍数地址开始存储，所以b放在第二个内存块中，放进来后内存是这样的：

1***    1111

a       b

再分配一个内存块放c，内存是这样的

1***    1111    1***

a       b      c

再放d，2个字节，根据规则2，d放在最后两个字节

1***    1111      1*11

a       b      c  d

所以sizeof(A)=12

联合体

联合体的内存布局规则是

1.以成员中最大的数据类型为步长分配内存块给结构体（这条规则跟结构体一样）

2.能装下最大成员的最小内存

比如说一个联合体

union B

{

    char a[10];

    int 4;

};

按照规则2，至少要分配10字节内存才能放下a，然后根据规则1，每个内存块4个字节，B占用的内存要大于等于10，同时是4的倍数的最小值，所以B占用12字节。

我们来写个小程序验证一下。

#include "stdio.h"
#include "string.h"
struct A
{
    int a;
    char b;
    short c;
};
union B
{
    int a;
    char b;
    short c;
};
int main()
{
    A a = {1,2,3};
    A c = {1,2,3};
    if(memcmp(&a,&c,8)==0)
        printf("same");
    else
        printf("diff");

    memset(&a,0,sizeof(a));
    memset(&c,0,sizeof(c));
    a.a = 1;a.b = 2;a.c = 3;
    c.a = 1;c.b = 2,c.c = 3;

    if(memcmp(&a,&c,8)==0)
        printf("same");
    else
        printf("diff");
    B b;
    b.a = 1;b.b = 2;b.c = 3;
    return 0;
}

在19行设置断点，然后运行，我们来看一下

a占用了8个字节，然后a.a放在内存低位，占4个字节，值为0x01，a.b值为0x02，放在第五个字节，a.c从第七个字节开始，占用两个字节，值为0x03.

内存布局简化为：

1111  1*11

注意那个未填充的*，显示是0x86，其实是随机的

我们对比一下a和c的空隙的地方

一个是0x86，一个是0x72.虽然a和c用同样的值去初始化，但其内部不是一模一样的，所以第20行用memcmp去对比a和c，会打印“diff”，程序继续运行，memset把a和c清零，再对a和c赋一样的值，此时再memcmp，得到是是“same”，因为空隙的地方已经被清零了。

再来看一下联合体b，b.a=1，b.b=2，b.c=3.对每个成员都赋值一遍

可以看到b占用4个字节，就是成员最大的数据类型int的大小。其内部值是3，就是b.c的值。

再看里面每个成员和b自身的起始地址

发现它们地址都是一样的，联合体的所有成员都和联合体共享一个起始地址，也就说，新的赋值会冲掉旧的赋值，所以b里面只存储了3，前面赋的1和2都被冲掉了。