C语言基础：结构体对齐规则与0字节数组

不同的编译器和系统默认的对齐规则会有差异，这里我使用的win32的MinGW
C语言结构体一般是默认四字节对其的。

结构体对其规则

一般的，C语言结构体默认是以4字节对其方式，以此默认4字节为依据，结构体对其规则有以下三项：

规则一：struct内的第一个成员在偏移地址0处，随后成员的偏移地址在其本身类型大小整数倍处
规则二：struct的总大小为内部最大成员类型的整数倍
规则三：当A结构内含有结构B时，B在A中的偏移地址为B结构内最大元素类型的大小的整数倍

示例1：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#define debug_printf(value) printf(#value " ---==> %d\n", value)
#define struct_member_offset(struct, member) (((char *)(&(((struct *)0)->member))) - ((char *)0))
typedef struct
{ 
    uint8_t  a;    // 偏移地址0
    uint32_t b;    // 偏移地址4
    uint8_t  c;    // 偏移地址8
    uint8_t  d;    // 偏移地址9
}test_t;
int main()
{ 
    int a = struct_member_offset(test_t, a);
    int b = struct_member_offset(test_t, b);
    int c = struct_member_offset(test_t, c);
    int d = struct_member_offset(test_t, d);
    debug_printf(sizeof(test_t));
    debug_printf(a);
    debug_printf(b);
    debug_printf(c);
    debug_printf(d);
    return 0;
}

输出结果：

解析：

a为第一个成员在偏移地址0处
b成员类型为无符号整形占用四字节，根据规则一b要对齐到4字节地址处，所以偏移地址为4，相当于在a成员后面补齐了3字节，不过这补齐的3个字节没用到
c和d成员大小都为1字节，根据规则一要对齐到1字节，所以c偏移为9，d偏移为10
四个成员目前所占用的空间加起来是10字节，但是！此时还没完！根据规则二结构体的总大小为结构内最大成员的整数倍，test_t这个结构内最大成员是b占用4字节，所以10字节还要补齐2字节去对齐4字节，所以sizeof(test_t)=12。

示例二：

现在将d成员改为uint64类型：

typedef struct
{ 
    uint8_t  a;
    uint32_t b;
    uint8_t  c;
    uint64_t  d;
}test_t;

输出结果：

还是根据规则解析：

a在偏移地址0处
b在4处
c在8处
abc所占用的空间为9个字节，d为uint64类型占8个字节，所以要对齐到8字节处，也就是偏移地址16处，相当于c成员后补齐了7字节。
目前四个成员所占用的空间为24字节，24是d类型的倍数大小，所以sizeof(test_t)=24

示例三：
现在将结构改为如下，多了一个数据

typedef struct
{ 
    uint8_t  a;
    uint32_t b;
    uint8_t c[3];
    uint8_t  d;
    uint64_t  e;
}test_t;

输出结果：

c成员为3字节，占用偏移地址8,9,10三个空间，所以总大小还是24。

示例四：
将结构改为如下，现在test_t结构内包含结构sub_t。

typedef struct
{ 
    uint8_t sub_a;
    uint32_t sub_b;
}sub_t;
typedef struct
{ 
    uint8_t  a;
    uint32_t b;
    sub_t c;
    uint8_t  d;
    uint64_t  e;
}test_t;

输出结果：

解析：

根据规则一和二解析sizeof(sub_t)=8字节
根据规则三确定sub_t在test_t中的偏移地址肯定是4的整数倍处，所以c这个结构成员偏移地址为8
d偏移地址为17
e偏移地址为24
sizeof(test_t)=32

字节为0的数组与结构体

先看一下0字节数组的大小：

int main()
{ 
    int array[0];
    debug_printf(sizeof(array));
    return 0;
}

输出结果：

sizeof(array) ---==> 0

说明0字节数据占用空间为0，那么看下面这个例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#define debug_printf(value) printf(#value " ---==> %d\n", value)
#define struct_member_offset(struct, member) (((char *)(&(((struct *)0)->member))) - ((char *)0))
typedef struct
{ 
    uint8_t  a;
    uint32_t b;
    uint8_t  c;
    uint64_t  d[0];
}test_t;
int main()
{ 
    int a = struct_member_offset(test_t, a);
    int b = struct_member_offset(test_t, b);
    int c = struct_member_offset(test_t, c);
    int d = struct_member_offset(test_t, d);
    debug_printf(sizeof(test_t));
    debug_printf(a);
    debug_printf(b);
    debug_printf(c);
    debug_printf(d);
    return 0;
}