面试题：C++ 结构体与联合体的内存布局差异

Question

请详细阐述 C++ 结构体和联合体在内存布局上有什么不同，并举例说明如何计算它们各自占用的内存大小。

Answer 1

C++ 结构体和联合体内存布局不同点

1. 结构体：
   • 结构体的成员按照声明顺序依次存储在内存中。各个成员变量在内存中是相互独立存储的，它们之间可能存在内存对齐的情况，目的是为了提高内存访问效率。例如，一个结构体中有一个 char 类型成员（占1字节）和一个 int 类型成员（通常占4字节），char 之后可能会填充一些字节，使得 int 成员的地址满足其对齐要求（通常是4字节对齐）。
2. 联合体：
   • 联合体所有成员共享同一块内存空间，其大小取决于占用内存最大的成员。例如，一个联合体中有一个 char 类型成员（占1字节）和一个 int 类型成员（通常占4字节），该联合体的大小就是4字节，因为 int 成员占用空间最大。联合体在同一时间只能有一个成员处于有效状态，对一个成员的赋值会覆盖其他成员的值。

计算内存大小示例

1. 结构体：

#include <iostream>

struct MyStruct {
    char a; // 1字节
    int b;  // 4字节，假设32位或64位系统下int占4字节
    short c; // 2字节
};

int main() {
    std::cout << "MyStruct size: " << sizeof(MyStruct) << " bytes" << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中，MyStruct 结构体中，a 占1字节，由于 int 通常4字节对齐，a 后可能填充3字节，b 占4字节，c 占2字节，又因为整体要满足最大对齐数（这里是 int 的4字节对齐），c 后可能再填充2字节。所以 sizeof(MyStruct) 结果通常为1 + 3 + 4 + 2 + 2 = 12字节。 2. 联合体：

#include <iostream>

union MyUnion {
    char a; // 1字节
    int b;  // 4字节，假设32位或64位系统下int占4字节
    short c; // 2字节
};

int main() {
    std::cout << "MyUnion size: " << sizeof(MyUnion) << " bytes" << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中，MyUnion 联合体中，由于所有成员共享内存，其大小取决于最大成员 int，所以 sizeof(MyUnion) 结果为4字节。