为什么这两个应该相同的指针指向不同的数据？

Question

我正在用 GNU C 为一个爱好操作系统编写一个 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 将与整个结构在同一个地址，而attrib 之后将是 11 个字节。事实上，(void *)e.name - (void *)&e 是 0，(void *)&e.attrib - (void *)&e 是 11，其中 e 的类型是 struct directory_entry。

在我的内核中，一个指向e 的空指针被传递给一个从磁盘读取其内容的函数。在此函数之后，*(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 都是 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照我对内核其他部分的期望工作。如果需要，我可以发布完整来源的链接。

编辑：完整源代码位于this gitlab repository 的stack-overflow 分支上。相关部分是 src/kernel/main.c 的第 34 到 52 行。当我检查*(uint8_t *)&e 和*((uint8_t *)&e + 11) 时，我确信数据填充正确。当我运行它时，该部分输出以下内容：

(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

我很困惑为什么e.name[0] 会与*(uint8_t *)&e 不同。

编辑2：我用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：（cmets mine）

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。我确定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 在函数范围内声明，所以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，打包结构确实可以按照我的想法工作，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函数，但在不同的调用中我得到不同的结果。

Answer 1

我的内核使用 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内核数据和代码中.

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，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函数中的指针时，它是相对于数据段。

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