C语言中struct类型变量的本质及打印值含义解析

问题背景 #

已知C语言中int类型变量对应内存中的整数值，可执行加减等操作；数组变量代表其首元素的内存地址。但struct类型变量并非指针，仅用于访问成员，想明确它的本质是什么？

另外，以下示例代码中，struct date类型变量birthDate的地址与其首个成员day的地址完全一致，但直接打印birthDate时得到了类似地址的数值，请问该数值具体代表什么？

示例代码 #

#include <stdio.h>

int main()
{
    struct date
    {
        int day;
        int month;
        int year;
    };

    struct date birthDate = { 7, 12, 1999 };

    printf("birthDate variable address => %p\n\n", (void*) &birthDate);
    printf("birthDate variable first member address => %p\n\n", (void*) &birthDate.day);

    printf("The struct type birthDate variable value ( which seems to be an address or something :\\ ) => %i (int), %0X (hex)\n\n", birthDate, birthDate);

    int x = 2;

    printf("The interger x variable value ( cool I understand this :) ) => %i\n", x);

    return 0;
}

运行输出 #

birthDate变量地址 => 000000000061FE10
birthDate变量首个成员地址 => 000000000061FE10
struct类型变量birthDate的值（看起来像地址） => 6422016（整数），61FDF0（十六进制）
整数变量x的值（我理解这个） => 2

解答 #

1. struct类型变量的本质 #

• struct是C语言的自定义聚合数据类型，它的变量是一块连续的内存区域，用来存储其所有成员变量的数据。和int这类基本类型一样，struct变量是数据实体，不是指针——指针的作用是存储内存地址，而struct变量直接持有它包含的所有成员数据。
• 你观察到struct变量和其首成员地址一致，是因为struct的内存布局默认从首成员的地址开始分配，后续成员按声明顺序依次排列（可能因内存对齐规则插入填充字节，但首成员的起始地址必然与struct变量的起始地址相同）。

2. 直接打印struct变量得到的数值的含义 #

你直接用%i和%0X格式符打印birthDate的行为属于未定义行为——C语言标准没有定义将struct类型变量作为基本类型格式符的参数传递给printf的行为。

你看到的“类似地址的数值”没有标准定义的意义，完全取决于编译器的实现和程序运行时的栈状态：printf是可变参数函数，当你传递struct类型变量时，编译器会按自身规则将struct的内存内容压入栈中，而%i/%0X会从栈中读取对应int大小的字节并解释成整数，这个数值可能是struct内存中的某段数据、栈上的随机值，或者编译器处理临时数据时产生的结果，没有任何可靠的含义。

正确打印struct相关内容的方式：

• 打印成员变量：printf("%d", birthDate.day);
• 打印struct变量的地址：printf("%p", (void*)&birthDate);

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Some Old Jaded Guy