面试题：C语言联合体与结构体在复杂场景下的内存布局与应用

1. `struct Header`内存布局分析

位域分配方式：
- version占据4位，它从Header结构体的起始字节的低4位开始存储。例如，如果Header结构体起始地址为0x1000，那么version的值就存储在0x1000这个字节的低4位。
- type同样占据4位，紧跟在version之后，使用起始字节的高4位。所以type和version共用第一个字节。
- length占据16位，即2个字节。它从第二个字节开始存储，这样Header结构体总共占用3个字节。

2. 大小计算

union Payload大小：
- union的大小是其最大成员的大小。normal成员中data数组大小为100字节，error成员中errorCode（假设int为4字节）加上errorMsg数组（50字节）总共为54字节。所以union Payload的大小为100字节。
struct Packet大小：
- struct Packet包含一个struct Header和一个union Payload。struct Header大小为3字节，union Payload大小为100字节。在C语言中，结构体的大小需要考虑内存对齐。通常结构体的大小是其最大成员大小的整数倍。这里最大成员大小为union Payload的100字节，所以struct Packet的大小为100 + 3 = 103字节，为了满足对齐要求，实际大小为104字节（因为103不是4的倍数，而104是4的倍数，假设系统以4字节对齐）。

3. 不同系统间传输和解析数据

实现思路：
- 字节序转换：在发送端，将结构体中的多字节数据（如length和errorCode）转换为网络字节序（大端序）。在接收端，将接收到的数据转换回主机字节序。
- 内存对齐：在发送端，确保结构体在内存中是按正确的对齐方式存储的，并且在接收端以相同的对齐方式解析。
代码示例：

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>

// 假设要发送的Packet
struct Header { 
    unsigned int version: 4; 
    unsigned int type: 4; 
    unsigned int length: 16; 
}; 

union Payload { 
    struct { 
        char data[100]; 
    } normal; 
    struct { 
        int errorCode; 
        char errorMsg[50]; 
    } error; 
}; 

struct Packet { 
    struct Header h; 
    union Payload p; 
}; 

// 发送函数
void sendPacket(struct Packet *packet, char *buffer) {
    // 转换length到网络字节序
    packet->h.length = htons(packet->h.length);
    // 转换errorCode到网络字节序（如果是error类型）
    if (packet->h.type == 1) { // 假设type为1表示error类型
        packet->p.error.errorCode = htonl(packet->p.error.errorCode);
    }
    // 复制数据到buffer
    memcpy(buffer, packet, sizeof(struct Packet));
}

// 接收函数
void receivePacket(char *buffer, struct Packet *packet) {
    // 从buffer复制数据到packet
    memcpy(packet, buffer, sizeof(struct Packet));
    // 转换length到主机字节序
    packet->h.length = ntohs(packet->h.length);
    // 转换errorCode到主机字节序（如果是error类型）
    if (packet->h.type == 1) {
        packet->p.error.errorCode = ntohl(packet->p.error.errorCode);
    }
}

在实际应用中，可以结合网络编程接口（如socket）来使用上述函数进行数据的发送和接收。

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面试题：C语言联合体与结构体在复杂场景下的内存布局与应用

知识考点

面试题答案

1. `struct Header`内存布局分析

2. 大小计算

3. 不同系统间传输和解析数据

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