链接行为与结构体填充字节：该行为是否具有确定性？

源文件内容 #

src1.c #

#include <stdio.h>

typedef struct my_struct {
    char a;
    short b;
    int c;
} my_struct;

my_struct x;

void add1();

int main()
{
    x.a = 0;
    x.b = 0;
    x.c = 0;
    
    add1();
    
    printf("%x, %x, %x\n", x.a, x.b, x.c);
}

src2.c #

#include <stdio.h>

typedef struct my_struct {
    int c;
    short b;
    char a;
} my_struct;

extern my_struct x;

void add1(){
    x.a += 1;
    x.b += 1;
    x.c += 1;
}

问题解答 #

1. 该行为是否具有确定性保证？ #

完全没有确定性保证。首先，两个源文件中对my_struct的定义不一致，这直接违反了C语言的一处定义规则（ODR）——同一个外部可见类型在整个程序中必须保持定义一致。这种情况下，程序行为属于未定义行为，编译器和链接器没有义务保证任何特定输出，甚至可能出现崩溃、输出乱码等任意结果。

退一步说，就算不考虑ODR违规，结构体的填充字节布局也不是C标准规定的，而是由具体编译器、目标平台的内存对齐规则决定的。不同编译器（比如GCC和MSVC）、不同架构（x86和ARM）的填充策略可能不同，甚至同一编译器的不同编译选项（比如优化级别、对齐参数）都可能改变填充的位置和大小，所以依赖填充字节的行为完全不可靠。

2. 填充字节通常会被初始化为0吗？ #

部分场景下会，但这不是标准强制的：

• 全局/静态存储期的变量（比如示例中的x）：如果没有显式初始化，C标准规定它们会被自动初始化为0值，包括填充字节在内。这也是当前示例中填充字节为0的原因。
• 自动存储期的变量（比如函数内的局部结构体变量）：如果没有显式初始化，包括填充字节在内的所有内存都是未初始化的垃圾值。

3. 存在填充字节不会被初始化为0的情况吗？ #

当然存在，常见场景包括：

• 局部结构体变量：未显式初始化时，填充字节是栈上残留的垃圾值，不会自动置0。
• 动态分配的结构体：用malloc分配的内存，填充字节属于未初始化的垃圾值；只有calloc分配的内存会被全部置0。
• 部分初始化的结构体：用初始化列表只初始化部分成员时，剩余成员（包括填充字节）的初始化规则遵循对应存储期的规则——全局变量会置0，局部变量则不会。
• 违反ODR的情况：像示例中这样，两个源文件定义不一致的结构体，链接后填充字节的行为完全是未定义的，可能出现任何值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user20332975