.NET中结构体的大小

Question

我的问题是如何在C程序和C#程序之间发送一个结构体。

我在C#中创建了一个结构体：

public struct NetPoint {
    public float lat; // 4 bytes
    public float lon; // 4 bytes
    public int alt; // 4 bytes
    public long time; // 8 bytes
}

这个结构体的总大小必须为20字节。

在C++中，当我对这个结构体使用sizeof()时，

System.Diagnostics.Debug.WriteLine(
    "SizeOf(NetPoint) = " +
    System.Runtime.InteropServices.Marshal.SizeOf(new NetPoint()));

调试控制台显示：

NetPoint的大小为24

但我预期它应该是20字节，为什么会有差异呢？

- user291830

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请查看此处：http://www.vsj.co.uk/articles/display.asp?id=501 - Simon P Stevens

Answer 1

一般来说，CPU 喜欢将变量在内存中对齐到它们大小的偶数倍位置，因此一个四字节整数应该在可被四整除的内存地址上，八字节的 long 应该在可被八整除的地址上。

C#（和 C++）语言设计者知道这一点，他们会在结构体中插入填充以提供必要的对齐。因此，您的结构的实际布局如下：

public struct NetPoint {
    public float lat;          // 4 bytes   Offset  0
    public float lon;          // 4 bytes   Offset  4
    public int alt;            // 4 bytes   Offset  8
    int to_preserve_alignment; // 4 bytes   Offset 12
    public long time;          // 8 bytes   Offset 16
}

按照惯例，您可以通过将长值放在第一个位置来解决此问题。如果您总是将最大值放在结构的开头，就不会插入任何填充以保留成员对齐的对齐方式。

您还可以通过添加

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]

在结构声明前使用 __attribute__((packed)) 可以达到紧凑的效果，但这会导致不对齐的 long time，进而影响性能。对于某些CPU而言，这将严重降低性能。(例如 ALPHA AXP 将因为成员不对齐而出现故障)。 x86 CPU 的性能惩罚较小，但未来的CPU可能会有很大的性能惩罚，所以最好设计你的结构使其正确对齐 (而不是紧凑地打包)。

- John Knoeller

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哇，我喜欢这种反馈。我刚学到了一些新的有趣的东西。 - Keith Adler

Answer 2

实际上，技术上结构体必须至少为20字节。如果在发送时分配更多，接收方将不会使用/复制它们。问题始终是下分配。

话虽如此，我看到了问题所在。嗯。我认为问题在于最后一个长的... 它在我的IMHO中被对齐到八个字节，在之前注入了四个空字节。我认为具有未对齐到八字节边界的八字节元素会有性能惩罚。

附加StructLayout属性以手动确定每个元素的偏移量。然后您应该能够让事情排列起来。

参考：.NET Framework 2.0中如何控制数据字段的物理布局

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack=1)]
public struct NetPoint {  
    public float lat; // 4 bytes 
    public float lon; // 4 bytes 
    public int alt; // 4 bytes 
    public long time; // 8 bytes 
} 

至少应该将元素对齐到一个字节边界。如果需要，您还可以进一步定义每个元素的确切起始位置。

- TomTom

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你的解决方案也可以。非常感谢你。你的解决方案似乎比约翰的答案更简单。我会使用你的解决方案。再见。 - user291830

Answer 3

尝试添加属性[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]，看看会发生什么。我怀疑存在8字节的填充，所以它是3x8字节。

- LaZe

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除了像 int 这样的基本类型，.NET 中的对象大小不仅仅是其字段大小之和。 - Andrey

Answer 4

TomTom已经很好地回答了这个问题，但如果你遇到了棘手的COM互操作结构情况，还有另一种选择。每个字段都可以使用FieldOffset属性单独对齐。

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct COMPoint
{
    [FieldOffset(0)] public int X;
    [FieldOffset(4)] public int Y;
}

- Kevin McKelvin