面试题：C语言联合体与结构体嵌套时的内存分析

Question

给定以下C语言代码： ```c struct Inner { char a; int b; }; union Outer { struct Inner s; char arr[sizeof(struct Inner)]; }; ``` 1. 计算`struct Inner`的大小，并解释内存对齐的原理如何影响其大小。 2. 计算`union Outer`的大小，并阐述联合体成员共享内存对其大小的影响。 3. 如果修改`struct Inner`中成员的顺序为`int b; char a;`，`struct Inner`和`union Outer`的大小会如何变化，为什么？

Answer 1

1. 计算struct Inner的大小，并解释内存对齐的原理如何影响其大小：
   • struct Inner的大小：在常见的32位或64位系统中，char类型占1字节，int类型通常占4字节。由于内存对齐的原则，结构体的成员存储地址需要是其自身大小的整数倍。char a占1字节，int b占4字节，为了满足int b的内存对齐要求（其地址要是4的倍数），a后面会填充3字节，所以struct Inner的大小为1 + 3 + 4 = 8字节。
2. 计算union Outer的大小，并阐述联合体成员共享内存对其大小的影响：
   • union Outer的大小：联合体的大小是其最大成员的大小。在union Outer中，struct Inner s大小为8字节，char arr[sizeof(struct Inner)]大小也是8字节，所以union Outer的大小为8字节。联合体成员共享内存，其大小取决于最大成员，这样设计是为了保证所有成员都能在共享的内存空间中正确存储。
3. 如果修改struct Inner中成员的顺序为int b; char a;，struct Inner和union Outer的大小会如何变化，为什么：
   • struct Inner的大小：int b占4字节，char a占1字节，a在b之后，无需额外填充，所以struct Inner的大小为4 + 1 = 5字节。由于内存对齐要求结构体大小为其最大成员大小的整数倍，所以struct Inner最终大小为8字节（int类型大小4字节的2倍）。
   • union Outer的大小：union Outer的大小取决于其最大成员，此时struct Inner s大小为8字节，char arr[sizeof(struct Inner)]大小也是8字节，所以union Outer的大小仍为8字节。