C语言14-结构体内存布局及对齐、共用体

内存断点

现在想确认“什么时候g_Brick中的数据会被修改”。
可以使用内存断点，更快地解决这个问题。
所谓内存断点（数据断点）其实就是可以对内存中某块数据进行监视，如果程序有对该数据进行访问的行为，那么触发该断点。
如何设置
在“调试状态下”，在调试菜单中“新建断点”->“新建数据断点”。

VS中生成静态版本的exe

到目前为止，VS默认的生成exe都是使用的动态库。它的好处是体积小。
还可以生成静态库版本的exe，这样通用性更好。

结构体的内存布局

结构体是非基本数据类型，那么他的内存布局是怎样的呢？
先从结构体的大小来观察下：

struct tagStruct1
{
    int nValue1;
    int nValue2;
    int nValue3;
    int nValue4 ;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("%d\r\n", sizeof(tagStruct1));
    tagStruct1 Str1;
    Str1.nValue1 = 0x11111111;
    Str1.nValue2 = 0x22222222;
    Str1.nValue3 = 0x33333333;
    Str1.nValue4 = 0x44444444;
    return 0;
}

（暂时）可以看出，结构体的大小，就是所有成员大小之和。
那么，剩下的问题就是只有：成员在内存中的放置顺序是如何的？
经验证：

得出结论：

• 结构体的大小，就是所有成员的总和
• 先定义的成员，出现咋结构体较低的地址处

结构体指针到底是如何寻址的

struct tagStruct1
{
    int nValue1;
    int nValue2;
    int nValue3;
    int nValue4;
};

void Find(tagStruct1* ptr)
{
    printf("%p\r\n", &ptr->nValue1);
    printf("%d\r\n", ptr->nValue2);
}

tagStruct1 g_struc;

int main(int argc, char* argv[])
{

    tagStruct1* obj = &g_struc;
    obj->nValue2 = 3;
    Find(obj);
    return 0;
}

对于以上的函数，参数只有一个指针（结构体的首地址）。凭什么可以通过这个首地址，找到各个成员的值呢？

• 根据首地址和头文件中结构体的定义，找到成员的首地址
• 根据头文件中记录的成员的解释方式，将上一步的地址中的值取出

结构体内存对齐

以上，我们已经了解了结构体内存布局的基本核心。
但是，这不足以解释结构体布局的所有方面，比如：

struct tagStruct1
{
    double dbValue1;
    char chValue2;
    int nValue;
};

struct tagStruct2
{
    char chValue2;
    double dbValue1;
    int nValue3
};

int main (int argc, char* argv[])
{
    printf("%d\r\n", sizeof(tagStruct1));
    printf("%d\r\n", sizeof(tagStruct2));
    return 0;
}

两个结构体大小的输出，是不一样的。这就是：结构体对齐问题

结构体对齐问题的起源

早期的计算机中，为了效率，会对数据在内存中存在的首地址，有一定要求。
比如，int存在的首地址，必须要在4的倍数上。
double存在的首地址，必须在8的倍数上。
以上这样做，是为了存储和读取效率。
这种习惯，依然沿用了C语言编译器的默认选项中。
对于结构体的对齐（VS默认配置），要求如下：

• 结构体第一个成员的偏移为0（永远是对齐的）
• 之后的成员，其偏移都必须是自己sizeof（type）的整数倍
• 结构体本身也是有对齐的要求：我们想象，当前结构体之后，会紧接一个同类型的结构体。那个同类型的结构体的偏移的对齐值是：结构以中所有成员对齐值的最大值。
• 实际上，还要考虑工程上对齐值的设置。所有对齐值的选择中，应该是“对齐规则中的对齐值”和“工程设置的对齐值”，两者取较小者。

struct tagTest2
{
    char chValue2;//offset 0, size: 1
    double dbValue1；//offset 8, size : 8
    int nValue3;//offset 16, size: 4
};
//因为结构体本身的对齐值是sizeof(double) = 8.所以最后的结构体大小，不是20，而是24.

共用体

共用体通结构体类似，都是非基本数据类型，所以需要先声明公用体新类型，在用新类型去定义新变量。
公用体的关键字是union。

union UnionBlackBoard
{
    double dbSalary;
    char szName[8];
    int nNoticeID;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    UnionBlackBoard unionObj;
    unionObj.dbSalary = 1000; 
    printf("%lf\r\n", unionObj.dbSalary);

    unionObj.nNoticeID = 17; 
    printf("%d\r\n", unionObj.nNoticeID);

    strcpy(unionObj.szName, "Zhang"); 
    printf("%s\r\n", unionObj.szName); 
    return 0; 
}

union的使用和结构体有类似之处。
同样也有不同之处，更加重要的是主要体现在内存布局上：

• struct中， 各个成员的内存区域嘞，是不重叠的
• union中，所有成员，公用同一块内存空间，所有成员的首地址重合。

union的应用

如何快速地转换float类型和其对应的16进制

union TransferFloat
{
    float fltValue;
    unsigned char chAry[4];
}

int main (int argc, char* argv[])
{
    TransferFloat myunion;
    myunion.fltValue=3.14;
    for (szie_t i=0;i<4;i++)
    {
        printf("%02X", myunion.chAry[i]);
    }
    return 0;
}

union在IP转换上的应用
什么是IP？

IPV4的IP，其实就是一个int数字而已。只不过为了人方便读取，才发明了点的记录方法（172.254.112.3）（注意，每三位数的最大值不操过255）

union IPV4IP
{
    int nValue;
    unsigned char chAry[4];
};