C语言结构体字段对齐问题：astNodeWithData转astNode*是否合法

问题结论 #

你当前定义的astNodeWithData不能得到C标准的内存布局保证，直接强制转换为astNode*访问header字段属于未定义行为。

原因分析 #

C标准对结构体公共初始序列的合规要求是：两个结构体的起始成员的类型、顺序、对齐属性完全一致，且两个结构体属于同一个union的成员时，才允许跨类型访问公共起始成员。
你当前的两个结构体的起始成员序列并不匹配：

• astNode展开后的成员顺序是：astNode* parent -> tokenHeader header
• astNodeWithData的成员顺序是：astNode* parent -> lexicalToken token
lexicalToken的第一个成员虽然是tokenHeader，但C标准不保证lexicalToken类型的起始偏移和tokenHeader类型的起始偏移完全对齐（哪怕实际测试在大部分场景下偏移一致，也不属于标准保证的范围），因此直接通过转换后的astNode*访问header字段的行为是不可靠的。

修复方案 #

方案1：调整结构体定义，符合标准公共初始序列要求（最推荐） #

直接将AST_HEADER宏放到astNodeWithData的起始位置，保证和astNode的起始成员完全匹配：

typedef struct {
    AST_HEADER // 直接复用公共头，保证和astNode的parent、header顺序、类型完全一致
    tokenData data; // 紧跟header存放tokenData，和lexicalToken的内存布局完全兼容
} astNodeWithData;

如果需要用到完整的lexicalToken类型，也可以用union实现，不影响内存布局：

typedef struct {
    AST_HEADER
    union {
        tokenData data;
        lexicalToken full_token;
    };
} astNodeWithData;

这种写法是完全符合C标准的，任意C编译器都会保证你可以将astNodeWithData*安全转换为astNode*，正常访问parent和header成员。

方案2：强制gcc使用无填充布局（不推荐） #

如果你坚持使用当前的astNodeWithData定义，可以给相关结构体加上gcc特有的打包属性，强制取消结构体内部的填充对齐：

typedef struct __attribute__((packed)) {
    tokenHeader header;
    tokenData data;
} lexicalToken;

typedef struct __attribute__((packed)) {
    astNode *parent;
    tokenHeader header;
} astNode;

typedef struct __attribute__((packed)) {
    astNode *parent;
    lexicalToken token;
} astNodeWithData;

该方案可以让gcc保证astNode->header和astNodeWithData->token.header的偏移一致，但会带来成员访问性能下降的问题，部分非x86架构下还可能触发未对齐访问崩溃，仅作为兜底方案使用。 #

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