一个printf(结构体指针)引发的血案

一、前言

1． 为什么写这篇文章

在上周六，我在公众号里发了一篇文章：C语言指针－从底层原理到花式技巧，用图文和代码帮你讲解透彻，以直白的语言、一目了然的图片来解释指针的底层逻辑，有一位小伙伴对文中的代码进行测试，发现一个比较奇怪的问题。我把发来的测试代码进行验证，思考好久也无法解释为什么会出现那么奇怪的打印结果。

为了整理思路，我到阳台抽根烟。晚上的风很大，一根烟我抽了一半，风抽了一半，可能风也有自己的烦恼。后来一想，烟是我买的，为什么让风来抽？于是我就开始抽风！不对，开始回房间继续抽代码，我就不信，这么简单的 printf 语句，怎么就搞不定？！

于是就有了这篇文章。

2． 你能得到什么收获函数参数的传递机制；可变参数的实现原理（va＿list）；printf 函数的实现机制；面对问题时的分析思路。

友情提醒：文章的前面大部分内容都是在记录思考问题、解决问题的思路，如果你对这个过程不感兴趣，可以直接跳到最后面的第四部分，用图片清晰的解释了可变参数的实现原理，看过一次之后，保管你能深刻记住。

3． 我的测试环境3．1 操作系统

每个人的电脑环境都是不一样的，包括操作系统、编译器、编译器的版本，也许任何一个小差别都会导致一些奇奇怪怪的的现象。不过大部分人都是使用 Windows 系统下的 VS 集成开发环境，或者 Linux 下的 gcc 命令行窗口来测试。

我一般都是使用 Ubuntu16．04－64 系统来测试代码，本文中的所有代码都是在这个平台上测试的。如果你用 VS 开发环境中的 VC 编译器，可能在某些细节上与我的测试结果又出入，但是问题也不大，遇到问题再分析，毕竟解决问题也是提升自己能力的最快途径。

3．2 编译器

我使用的编译器是 Ubuntu16．04－64 系统自带的版本，显示如下：

另外，我安装的是 64 位系统，为了编译 32 位的可执行程序，我在编译指令中添加了 －m 选项，编译指令如下：

gcc －m32 main．c －o main

使用 file main 命令来查一下编译得到的可执行文件：

所以，在测试时如果输出结果与预期有一些出入，先检查一下编译器。C 语言本质上都是一些标准，每家的编译器都是标准的实现者，只要结果满足标准即可，至于实现的过程、代码执行的效率就各显神通了。

二、问题导入

 1． 网友测试代码＃include ＜unistd．h＞＃include ＜stdio．h＞＃include ＜stdlib．h＞
typedef struct ｛    int age；    char name［8］；｝ Student；
int main（）｛    Student s［3］ ＝ ｛｛1， ＂a＂｝， ｛2， ＂b＂｝， ｛3， ＂c＂｝｝；    Student ＊p ＝ ＆（s［0］）；    printf（＂％d， ％d ＂， ＊s， ＊p）；｝
2． 期望结果

根据上篇文章的讨论，我们知道：

s 是一个包含 3 个元素数组，每个元素的类型是结构体 Student；p 是一个指针，它指向变量s，也就是说指针 p 中保存的是变量 s 的地址，因为数组名就表示该数组的首地址。

既然 s 也是一个地址，它也代表了这个数组中第一个元素的首地址。第一个元素类型是结构体，结构体中第一个变量是 int 型，因此 s 所代表的那个位置是一个 int 型数据，对应到示例代码中就是数字 1。因此 printf 语句中希望直接把这个地址处的数据当做一个 int 型数据打印出来，期望的打印结果是：1， 1。

这样的分析过程好像是没有什么问题的。

3． 实际打印结果

我们来编译程序，输出警告信息：

警告信息说：printf 语句需要 int 型数据，但是传递了一个 Student 结构体类型，我们先不用理会这个警告，因为我们就是想通过指针来访问这个地址里的数据。

执行程序，看到实际打印结果是：1， 97，很遗憾，与我们的期望不一致！

三、分析问题的思路 

1． 打印内存模型

可以从打印结果看，第一个输出的数字是 1，与预期符合；第二个输出 97，很明显是字符 ＇a＇ 的 ASCII 码值，但是 p 怎么会指到 name 变量的地址里呢？

首先确认 3 个事情：

结构体 Student 占据的内存大小是多少？数组 s 里的内存么模型是怎样的？s 与 指针变量 p 的值是否正确？

把代码改为如下：

Student s［3］ ＝ ｛｛1， ＂a＂｝， ｛2， ＂b＂｝， ｛3， ＂c＂｝｝；Student ＊p ＝ s；
printf（＂sizeof Student ＝ ％d ＂， sizeof（Student））；
printf（＂print each byte in s： ＂）；char ＊pTmp ＝ p；for （int i ＝ 0； i ＜ 3 ＊ sizeof（Student）； i＋＋）｛   if （0 ＝＝ i ％ sizeof（Student））        printf（＂＂）；   printf（＂％x ＂， ＊（pTmp ＋ i））；｝printf（＂＂）；
printf（＂print value of s and p ＂）；printf（＂s ＝ 0x％x， p ＝ 0x％x ＂， s， p）；
printf（＂％d， ％d ＂， ＊s， ＊p）；

我们先画一下数组 s 预期的内存模型，如下：

编译、测试，打印结果如下：

从打印结果看：

结构体 Student 占据 12 个字节，符合预期。数组 s 的内存模型也是符合预期的，一共占据 36 个字节。s 与 p 都代表一个地址，打印结果它俩相同，也是符合预期的。

那就见鬼了：既然 s 与 p 代表同一个内存地址，但是为什么用 ＊p 读取 int 型数据时，得到的却是字符 ＇a＇ 的值呢？

2． 分开打印信息

既然第一个 ＊s 打印结果是正确的，那么就把这个两个数据分开来打印，测试代码如下：

Student s［3］ ＝ ｛｛1， ＂a＂｝， ｛2， ＂b＂｝， ｛3， ＂c＂｝｝；Student ＊p ＝ s；
printf（＂％d ＂， ＊s）；printf（＂％d ＂， ＊p）；