为什么这两个应该相同的指针指向不同的数据？

Question

我在 GNU C 中为一个爱好操作系统编写了一个 FAT16 驱动程序，我有一个这样定义的结构：

struct directory_entry {
  uint8_t name[11];
  uint8_t attrib;
  uint8_t name_case;
  uint8_t created_decimal;
  uint16_t created_time;
  uint16_t created_date;
  uint16_t accessed_date;
  uint16_t ignore;
  uint16_t modified_time;
  uint16_t modified_date;
  uint16_t first_cluster;
  uint32_t length;
} __attribute__ ((packed));

我的印象是name将与整个结构位于同一地址，并且在那之后该attrib将是 11 个字节。 实际上， (void *)e.name - (void *)&e是 0， (void *)&e.attrib - (void *)&e是 11，其中e是struct directory_entry类型。

在我的 kernel 中，指向e的 void 指针被传递给从磁盘读取其内容的 function。 在此 function 之后， *(uint8_t *)&e为 80， *((uint8_t *)&e + 11为 8，正如磁盘上所预期的那样。但是， e.name[0]和e.attrib均为 0。

这里给出了什么？ 我是否误解了__attribute__ ((packed))的工作原理？ 具有相同属性的其他结构按我对 kernel 其他部分的预期工作。 如果需要，我可以发布完整来源的链接。

编辑：完整的源代码在这个 gitlab 存储库中，在stack-overflow分支上。 相关部分是 src/kernel/main.c 的第 34 到 52 行。 我确定数据填充正确，因为我检查*(uint8_t *)&e和*((uint8_t *)&e + 11) 。 当我运行它时，该部分是 output ：

(void *)e.name - *(void *)&e
  => 0
*(uint8_t *)&e
  => 80
e.name[0]
  => 0
(void *)&e.attrib - (void *)&e
  => 11
*((uint8_t *)&e + 11)
  => 8
e.attrib
  => 0

我对为什么e.name[0]与*(uint8_t *)&e有任何不同感到非常困惑。

编辑 2：我使用 objdump 反汇编了这部分，看看编译后的代码有什么不同，但现在我更加困惑了。 u8_dec(*(uint8_t *)&e, nbuf); 和u8_dec(e.name[0], nbuf); 都编译为：（评论我的）

lea   eax, [ebp - 0x30] ;loads address of e from stack into eax
movzx eax, byte [eax]   ;loads byte pointed to by eax into eax, zero-extending
movzx eax, al           ;not sure why this is here, as it's already zero-extended
sub esp, 0x8
push  0x31ce0 ;nbuf
push  eax     ;the byte we loaded
call  0x3162f ;u8_dec
add esp, 0x10

正如预期的那样，这会传入结构的第一个字节。 我确信u8_dec不会修改 e，因为它的第一个参数是按值传递的，而不是按引用传递的。 nbuf是在文件范围内声明的数组，而e在 function scope 中声明，因此它们不是重叠或任何东西。 也许u8_dec没有做好它的工作？ 这是它的来源：

void u8_dec(uint8_t n, uint8_t *b) {
  if (!n) {
    *(uint16_t *)b = '0';
    return;
  }
  bool zero = false;
  for (uint32_t m = 100; m; m /= 10) {
    uint8_t d = (n / m) % 10;
    if (zero)
      *(b++) = d + '0';
    else if (d) {
      zero = true;
      *(b++) = d + '0';
    }
  }
  *b = 0;
}

现在很清楚，打包结构确实按照我的想法工作，但我仍然不确定是什么导致了问题。 我将相同的值传递给应该是确定性的 function，但是在不同的调用中我得到不同的结果。

Answer 1

我的 kernel 使用 32 位保护模式分段。 我的数据段为 0x0000.0000 - 0x000f.ffff，堆栈段为 0x0003.8000 - 0x0003.ffff，以在堆栈溢出时触发一般保护错误，而不是让它溢出到其他 kernel 数据和代码中.

但是，当 GCC 编译 C 代码时，它假定堆栈和数据段具有相同的基数，因为这是最常见的情况。 这导致了一个问题，因为当我获取局部变量的地址时，它是相对于堆栈段的（因为局部变量在堆栈上），但是当我取消引用被调用的 function 中的指针时，它是相对于数据段。

我已经更改了我的分段 model 以便堆栈位于数据段而不是它自己的段中，这已经解决了问题。