面试题：C语言结构体嵌套的内存对齐问题

Question

假设有两个结构体，struct A { int a; char b; }; struct B { struct A inner; double c; }; 请分析结构体B的内存布局，并计算其大小，同时说明内存对齐的规则在结构体嵌套场景下是如何应用的。

Answer 1

1. 结构体B的内存布局分析及大小计算
   • 结构体A：
     • int a 通常占用4个字节。
     • char b 占用1个字节。由于内存对齐规则，char b 后面会填充3个字节，使得结构体A的大小为8个字节（4 + 1 + 3），这里是按照int类型的对齐模数（4字节）进行对齐。
   • 结构体B：
     • struct A inner 占用8个字节。
     • double c 占用8个字节。
     • 结构体B的大小为16个字节（8 + 8），因为结构体B整体按照最大成员（double，8字节）的对齐模数进行对齐。
2. 内存对齐规则在结构体嵌套场景下的应用
   • 基本规则：
     • 结构体的成员变量在内存中按照声明顺序存储，但会按照一定的对齐模数进行对齐。每个成员的偏移量必须是其自身大小的整数倍。例如，int 类型成员的偏移量必须是4的倍数，double 类型成员的偏移量必须是8的倍数等。
     • 结构体的大小必须是其最大成员大小的整数倍。
   • 在结构体嵌套场景下：
     • 对于结构体B中的结构体A，结构体A内部先按照自身的对齐规则进行内存布局和大小计算。
     • 然后结构体B将结构体A作为一个整体成员，按照结构体B自身的对齐规则（以最大成员double的大小8字节为对齐模数）来确定结构体A的偏移量和结构体B的整体大小。所以结构体A的起始地址是8的倍数（这里刚好结构体A大小也是8字节，满足条件），double c 的起始地址也是8的倍数，结构体B的大小为16字节，是8的倍数。

综上所述，结构体B的大小为16字节。