.NET Core中类内部的结构体对齐方式

Question

.NET Core中类内部的结构体对齐方式

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我正在尝试理解为什么一个只包含 int 的结构体在类内占用 8 字节的内存。

考虑以下代码；

static void Main()
{
    var rand = new Random();

    var twoIntStruct = new TwoStruct(new IntStruct(rand.Next()), new IntStruct(rand.Next()));
    var twoInt = new TwoInt(rand.Next(), rand.Next());

    Console.ReadLine();
}

public readonly struct IntStruct
{
    public int Value { get; }

    internal IntStruct(int value)
    {
        Value = value;
    }
}

public class TwoStruct
{
    private readonly IntStruct A;
    private readonly IntStruct B;

    public TwoStruct(
        IntStruct a,
        IntStruct b)
    {
        A = a;
        B = b;
    }
}

public class TwoInt
{
    private readonly int A;
    private readonly int B;

    public TwoInt(
        int a,
        int b)
    {
        A = a;
        B = b;
    }
}

现在，当我使用dotMemory对这两个实例进行分析时，我得到了以下结果：

虽然int和intStruct在堆栈上都占用4字节的内存，但看起来它们在堆上的类大小是不同的，并且结构体始终对齐到8字节。

是什么导致了这种行为？

- Amir Harari

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在TwoStruct上使用[StructLayoutAttribute(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]似乎可以解决这个问题。 - Guru Stron

3

我不知道StructLayoutAttribute可以被添加到类中，直到今天！ - Sweeper

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@Sweeper 最近我在 docs 中发现了这个信息 =) - Guru Stron

除非您想要与其他语言（如使用P/Invoke的C/C++）或平面文件记录实现互操作性等，否则没有特定的理由定义StructLayout。https://dev59.com/G3RC5IYBdhLWcg3wMeBS - Simon Mourier

1个回答

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Evk · Accepted Answer

对于类，默认的内存布局是“自动”的，这意味着CLR决定如何在内存中对齐类中的字段。这是一种未记录的实现细节。出于我不知道的某种原因，它会将自定义值类型的字段对齐到指针大小的边界(64位进程为8字节，32位为4字节)。

如果您在32位编译该代码，则会发现TwoInt和TwoStruct现在都需要占用16字节(对象头4字节，方法表指针4字节，然后是8字节的字段)，因为现在它们被对齐到4字节的边界上了。

在64位情况下，就像你的问题一样，自定义值类型在8字节边界上对齐，因此TwoStruct的布局为:

Object Header (8 bytes)
Method Table Pointer (8 bytes)
IntStruct A (4 bytes)
padding (4 bytes, to align at 8 bytes)
IntStruct B (4 bytes)
padding (4 bytes)

而 TwoInt 就是

Object Header (8 bytes)
Method Table Pointer (8 bytes)
IntStruct A (4 bytes)
IntStruct B (4 bytes)

因为int不是自定义值类型，CLR不会将其对齐到指针大小边界。如果我们使用LongStruct和long代替IntStruct和int，那么两种情况的大小将相同，因为long是8字节，即使对于自定义结构体，CLR也不需要添加任何填充以将其对齐到64位的8字节边界。

这里有一篇有趣的文章与此问题相关。作者开发了一个非常有趣的工具，可以直接从.NET代码中检查对象的内存布局（无需外部工具）。他调查了这个问题，并得出了上面的结论：

如果类型布局是LayoutKind.Auto，则CLR会为每个自定义值类型的字段添加填充！这意味着，如果您有多个仅包装单个int或byte的结构体，并且它们在数百万个对象中广泛使用，由于填充，您可能会有明显的内存开销！

如果这个类中的所有字段都是可引用类型，那么您可以使用StructLayouAttribute以及LayoutKind = Sequential来影响该类的管理布局（在本问题中就是这种情况）：

对于可引用类型，LayoutKind.Sequential 控制受控内存和非托管内存的布局。对于不可引用类型，它控制了在将类或结构转换为非托管代码时的布局，但并不控制受控内存中的布局。

因此，如评论所述，我们可以通过以下方式消除填充：

[StructLayoutAttribute(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
public class TwoStruct
{
    private readonly IntStruct A;
    private readonly IntStruct B;

    public TwoStruct(
        IntStruct a,
        IntStruct b)
    {
        A = a;
        B = b;
    }
}

这实际上会节省一些内存。