面试题：C语言结构体与联合体复杂内存布局分析

Question

假设有一个结构体 `struct A { char a; int b; short c; }` 和一个联合体 `union B { char a; int b; short c; }`，在32位系统下，字节对齐规则为4字节对齐，分别计算 `struct A` 和 `union B` 的大小，并解释计算过程。如果将结构体 `struct A` 中的成员顺序调整为 `int b; char a; short c;`，其大小又会如何变化，为什么？

Answer 1

1. 计算 struct A 原始顺序的大小
   • 字节对齐规则为4字节对齐。
   • char a 占1字节，由于要满足4字节对齐，它后面会填充3字节，此时已占用4字节。
   • int b 占4字节，加上前面的4字节，共8字节。
   • short c 占2字节，它后面会填充2字节以满足4字节对齐，此时结构体总大小为8 + 2 + 2 = 12字节。
   • 所以 struct A 原始顺序大小为12字节。
2. 计算 union B 的大小
   • 联合体的大小是其最大成员的大小。
   • char a 占1字节，int b 占4字节，short c 占2字节，最大的是 int b，占4字节。
   • 所以 union B 的大小为4字节。
3. 调整 struct A 成员顺序后的大小
   • 成员顺序变为 int b; char a; short c;。
   • int b 占4字节。
   • char a 占1字节，short c 占2字节，1 + 2 = 3字节，为满足4字节对齐，后面需填充1字节。
   • 此时结构体总大小为4 + 1 + 2 + 1 = 8字节。
   • 所以调整顺序后 struct A 的大小变为8字节，原因是调整顺序后减少了填充字节，提高了空间利用率。