如果有人问你能否比较两个结构体变量,你该如何回答?
在回答这个问题之前,需要了解以下知识:

什么是字节对齐?

在C语言中,结构是一种复合数据类型,其构成元素既可以是基本数据类型(如int、long、float等)的变量,也可以是一些复合数据类型(如数组、结构、联合等)的数据单元。在结构中,编译器为结构的每个成员按其自然边界(alignment)分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储,第一个成员的地址和整个结构的地址相同。

为了使CPU能够对变量进行快速的访问,变量的起始地址应该具有某些特性,即所谓的”对齐”. 比如4字节的int型,其起始地址应该位于4字节的边界上,即起始地址能够被4整除.

字节对齐有什么作用?

字节对齐的作用不仅是便于cpu快速访问,同时合理的利用字节对齐可以有效地节省存储空间。

对于32位机来说,4字节对齐能够使cpu访问速度提高,比如说一个long类型的变量,如果跨越了4字节边界存储,那么cpu要读取两次,这样效率就低了。但是在32位机中使用1字节或者2字节对齐,反而会使变量访问速度降低。所以这要考虑处理器类型,另外还得考虑编译器的类型。在vc中默认是4字节对齐的,GNU gcc 也是默认4字节对齐。

更改C编译器的缺省字节对齐方式

在缺省情况下,C编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。一般地,可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件:
· 使用伪指令#pragma pack (n),C编译器将按照n个字节对齐。
· 使用伪指令#pragma pack (),取消自定义字节对齐方式。

另外,还有如下的一种方式:
· __attribute((aligned (n))),让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于n,则按照最大成员的长度来对齐。
· __attribute__ ((packed)),取消结构在编译过程中的优化对齐,按照实际占用字节数进行对齐。
在 C 中,结构体可能有填充位,这些填充位的值是未定义的,因此结构体的比较就只能是逐个比较其成员,而这种比较方式的效率是很低的,这和 C 追求的高效背道而驰。关于内存对齐可以参考较早之前的一篇文章内存对齐
这篇文章中提到了pragma pack,作用是是指定数据在内存中的对齐方式。

#pragma pack (n)             作用:C编译器将按照n个字节对齐。
#pragma pack ()               作用:取消自定义字节对齐方式。

#pragma  pack (push,1)     作用:是指把原来对齐方式设置压栈,并设新的对齐方式设置为一个字节对齐

#pragma pack(pop)            作用:恢复对齐状态

我们经常看到如下类型的代码:

#pragma pack(push,1)
struct NetPack
{
    //...
};
#pragma pack(pop)
#pragma pack(1) // 按照1字节方式进行对齐
struct TCPHEADER 
{
     short SrcPort; // 16位源端口号
     short DstPort; // 16位目的端口号
     int SerialNo; // 32位序列号
     int AckNo; // 32位确认号
     unsigned char HaderLen : 4; // 4位首部长度
     unsigned char Reserved1 : 4; // 保留6位中的4位
     unsigned char Reserved2 : 2; // 保留6位中的2位
     unsigned char URG : 1;
     unsigned char ACK : 1;
     unsigned char PSH : 1;
     unsigned char RST : 1;
     unsigned char SYN : 1;
     unsigned char FIN : 1;
     short WindowSize; // 16位窗口大小
     short TcpChkSum; // 16位TCP检验和
     short UrgentPointer; // 16位紧急指针
}; 
#pragma pack()

把这个结构体按1byte对齐,那么就没有未定义的填充数据,就可以通过memcmp函数去比较两个结构体是否相同。
验证程序后续补充,需验证,如果针对有填充的结构体,设置pragma pack(1)之后,结构体占用的大小为实际大小,无任何填充字节。
验证设置pragma pack(1)之后,可以通过memcmp函数来有效进行比较两个结构体。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#pragma pack(1)

typedef struct
{
    char char1;
    short short1;
    int int1;
} Hoge;

#pragma pack()

typedef struct
{
    char char1;
    short short1;
    int int1;
} Foo;


int main ()
{
    printf("%ld\n", sizeof(Hoge)); // 7
    printf("%ld\n", sizeof(Foo)); // 8
    
    Hoge hoge;
    Foo foo;
    
    memset(&hoge, 0, sizeof(hoge));
    memset(&foo, 0, sizeof(foo));
    hoge.char1 = 'a';
    hoge.short1 = 255;
    hoge.int1 = 1024;
    
    foo.char1 = 'a';
    foo.short1 = 255;
    foo.int1 = 1024;
    
    printf("%d\n",memcmp(&hoge, &foo, sizeof(hoge)));//打印非0值
    return 0;
}

如果两个结构体都按1字节对齐,那么可以通过memcmp比较验证内容相同。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#pragma pack(1)

typedef struct
{
    char char1;
    short short1;
    int int1;
} Hoge;

#pragma pack()

#pragma pack(1)
typedef struct
{
    char char1;
    short short1;
    int int1;
} Foo;
#pragma pack()

int main ()
{
    printf("%ld\n", sizeof(Hoge)); // 7
    printf("%ld\n", sizeof(Foo)); // 7
    
    Hoge hoge;
    Foo foo;
    
    memset(&hoge, 0, sizeof(hoge));
    memset(&foo, 0, sizeof(foo));
    hoge.char1 = 'a';
    hoge.short1 = 255;
    hoge.int1 = 1024;
    
    foo.char1 = 'a';
    foo.short1 = 255;
    foo.int1 = 1024;
    
    printf("%d\n",memcmp(&hoge, &foo, sizeof(hoge)));//0
    return 0;
}