C语言中结构体可以直接赋值，而不用memcpy

在C语言程序开发中，结构体的使用相当频繁。上周我在我的C语言学习圈子里简要介绍了一个小窍门，粗略来说就是使用C语言结构体的赋值语法，代替memcpy()语句，以精简代码，大致如下图所示：

有读者看到后，认为C语言结构体的赋值并不等价于 memcpy，也有朋友评论说 b=a 是“浅拷贝”，还有读者提到结构体赋值效率没有memcpy高，那么 b = a 语句被执行后，究竟发生了什么呢？

编写测试C语言代码

得到答案最简单直接的方法就是实验，因此这里给出一段较为完整的C语言代码，用于测试结构体的赋值语句，如下所示。为了讨论主题，下面C语言代码比较精简：

#include <string.h>

struct s{
    char c;
    long l;
};

int main()
{
    struct s a = {3, 5};
    struct s b, c;

    b = a;
    memcpy(&c, &a, sizeof(struct s));

    return 0;
}

上面这段C语言代码很简单，main() 函数定义了 3 个结构体变量 a, b, c，其中 a 被初始化为 {3, 5}，并通过赋值语句拷贝给 b，memcpy() 拷贝给 c。考察 a，b，c 占用的内存里的值，从最终“拷贝效果”上分析赋值语句和memcpy()的异同。

查看内存值

查看上述C语言程序中的变量 a, b, c 的值方法很多，最直接的方法就是使用 printf() 函数逐字节打印，不过这样就略显繁琐了，使用 GDB 工具调试C语言程序更简单些。

首先，输入 gcc t.c -g 编译上述C语言代码，得到可执行文件 a.out。接着，就可以使用 gdb 调试了：

# gcc t.c -g
# gdb ./a.out
(gdb)

首先在 main() 函数处下断点，然后输入 run 命令让C语言程序运行起来：

(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x4004f1: file t.c, line 10.
(gdb) r
Breakpoint 1, main () at t.c:10
10      struct s a = {3, 5};

可以发现程序停在第 10 行了，此时变量 a，b， c 还没有被赋值或者 memcpy。我们先看一下结构体 s 的 size，可以直接在 gdb 环境查看：

(gdb) p sizeof(struct s)
$1 = 16

发现 sizeof(struct s) 等于 16，这主要是因为C语言编译器为了提升效率，对结构体 s 的两个成员做了内存对齐处理。所以，虽然 char 型的 c 成员实际上只需 1 个字节内存空间，但是因为成员 l 占用 8 字节内存空间，所以编译器在 c 后面预留了 7 个字节。

读者 @Romi1984 认为 C语言结构体赋值拷贝和 memcpy 拷贝不等价，因为“赋值的话，对齐字节不会拷贝”。他的意思应该是 c 后面预留的 7 个字节不会被拷贝，那是不是如此呢？在执行 b =a; 语句之前，我们先来查看 a，b，c 在内存里的值：

能够看出，此时变量 a，b，c 的内存值并不完全相同。输入 next 命令，使C语言程序运行到第 16 行，也即 return 0; 语句处，此时赋值语句以及 memcpy 语句都被执行完毕，再查看 a，b，c 的内存值，得到如下输出：

发现变量 a, b, c 的值完全相同，包括结构体 s 的 c 成员后内存对齐的 7 个字节，这说明读者 @Romi1984 说的“对齐字节不会被拷贝”是不准确的，至少就本例而言，C语言结构体 s 的赋值拷贝和 memcpy 拷贝效果上是等价的。

虽然通过 gdb 查看内存值，我们发现C语言结构体的赋值拷贝和 memcpy 拷贝效果是等价的，但是，读者 @quser225816904 认为，这两种方式的效率是不一样的。

那究竟是否如此呢？得到答案最直接的办法就是衡量这两条语句的执行时间。不过由于这一“执行时间”很短，难以计量，我们采取其他方法：输入下面的命令，查看C语言程序的汇编代码。

# objdump -dS a.out

从C语言程序的汇编代码可以看出，b = a; 和 memcpy() 语句都是 4 条 mov 语句，这说明两种拷贝方式的效率相差无几，所以读者 @quser225816904 的说法也是不准确的。另外，从C语言程序的汇编代码也能更直观的看出 b = a; 和 memcpy() 是等价的。

读者也可以通过多次执行 b = a 和 memcpy 语句，对比两种拷贝方式的效率。

“深拷贝”和“浅拷贝”

前面两位读者分别从执行效果和执行效率两个角度质疑了C语言结构体赋值拷贝和memcpy拷贝的等价性，也有读者认为赋值拷贝只是“浅拷贝”，那么究竟是否如此呢？

首先，先要明白“浅拷贝”和“深拷贝”概念，这两个概念 Java，C++，js 等编程语言程序员应该比较熟悉，在C语言中倒是不怎么常提。细究这两个概念的区别并不是本文的重点，所以这里粗略的对“浅拷贝”和“深拷贝”做如下区分，对于把变量 a 拷贝给 b：

如果拷贝后，b 的内容完全等于 a，并且两个变量在内存中是独立的，则称此次拷贝为“深拷贝”。如果靠背后，只是通过 b 能够访问 a 中的内容，a 的内容改变时，b 的“内容”也随之改变，则称此次拷贝为“浅拷贝”。

这样看来，就本例而言，b = a；显然是一次“深拷贝”，因为 a， b 在内存中彼此独立，并且拷贝后，b 的内容和 a 的内容完全相同。那C语言的结构体赋值拷贝一定是“深拷贝”吗？我们将结构体 s 新增一个指针成员 buf：

struct s{
    char c;
    long l;
    char *buf;
};

对 a 的初始化也做相应修改，相关C语言代码如下，请看：

struct s a = {3, 5, };
a.buf = (char *)malloc(128);
strcpy(a.buf, "hello world");

为了讨论主题，上述C语言代码没有做错误处理。现在 b = a; 还是“深拷贝”吗？读者如果做了实验，应该会发现，b 的 buf 成员本身在内存中的确独立于 a 的 buf 成员，但是它指向的内存却与 a 的 buf 成员指向的内存是同一块，所以这时 b = a; 不再是纯粹的“深拷贝”了。

本节主要讨论了C语言结构体的赋值语法可以用于拷贝，并针对之前读者的几个典型问题做了较为详细的实例探讨。不过，C语言是一门非常灵活的编程语言，可能同样的一条语句，在不同的环境下执行结果是不一样的，这一点本文最后的讨论就是一个实例。应该明白，本文举的例子仅是为了抛砖引玉，展示遇到问题该如何分析的方法，学习C语言，应该乐于做实验尝试才对。