为什么具有相同字段的结构体A和结构体B的大小不相等？

Question

为什么具有相同字段的结构体A和结构体B的大小不相等？

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为什么struct A的大小不等于struct B的大小？

我需要做什么来让它们的大小相同吗？

using System;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        struct A
        {
            char a;
            char c;
            int b;
        }

        struct B
        {
            char a;
            int b;
            char c;

        }


        static void Main(string[] args)
        {
            unsafe
            {
                Console.WriteLine(sizeof(A));
                Console.WriteLine(sizeof(B));
            }
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

输出结果为：

8
12

- user7479343

这是由于填充规则导致的。相关的SO链接：https://dev59.com/PG855IYBdhLWcg3wfUjQ - Nicholas Smith

3

可能是与C＃中结构体的sizeof运算符返回额外大小的问题重复。 - Raymond Chen

4个回答

7

这是因为您的编译器保留在struct的成员之间插入填充以及在末尾添加一些空间的权利。（但请注意，在第一个成员之前不允许插入填充。）

它这样做是为了使成员的起始位置对齐在易于寻址的内存位置上。

特别地，编译器可能会在单个char和int之间插入填充。因此，由偶数个char后跟一个int组成的结构可能比由一个char、一个int，后面跟奇数个char组成的结构占用更少的空间。

- Bathsheba

我认为这取决于特定的C#实现。（值得一提的是，尽管这些功能不是这些语言的标准要求，但在许多编译器中，C和C++都有相应的功能。）也许可以将其作为一个更具针对性的问题来询问？ - Bathsheba

6

这是处理器实现的细节问题，.NET非常努力地隐藏了这一点。变量需要具有存储位置，以便处理器可以通过单个数据总线操作读取和写入值。这使得变量地址的对齐非常重要。读取单个字节从来不是问题。但是短整型（2个字节）应该具有2的倍数的地址。整型（4个字节）应该具有4的倍数的地址。理想情况下，长整型或双精度浮点型（8个字节）应该具有8的倍数的地址，但在32位处理器上并不总是可行。

英特尔和AMD处理器允许未对齐的读取和写入，而RISC内核则不允许。但是这可能会带来成本，可能需要两个数据总线周期来读取两个字节块，一个值的上半部分和下半部分的一部分字节。使用将这些字节移动到正确位置的电路。这需要时间，通常需要额外的1到3个时钟周期。在RISC内核上处理总线错误陷阱需要大量的时间。

但更严重的是，它破坏了.NET内存模型。它为简单值类型和对象引用提供原子性保证。未对齐的读取和写入会破坏该承诺。它可能会导致“撕裂”，观察到正在写入的字节的一部分。而且更糟糕的是，它可能会破坏垃圾收集器。GC在对象引用被原子更新时大量依赖。

因此，当CLR确定结构或类的布局时，它必须确保满足对齐要求。如果没有，则需要在变量之间留下额外的未使用空间。并且可能需要额外的空间来确保成员在存储在数组中时仍然对齐。这个额外空间的通用术语是“填充”。

针对类声明，它具有[StructLayout(LayoutKind.Auto)]，它可以重新排列成员以实现最佳布局。不是结构体，默认情况下它们是LayoutKind.Sequential。除了类和结构体之外，静态变量以及方法的参数和局部变量也需要此对齐保证。但不太容易观察到。

- Hans Passant

0

字段的顺序不同；我猜成员的大小也不同，因为它们被填充（即以这样的方式定位，使它们从机器字的偶数位置开始，以便在内存消耗的代价下更容易访问）。

- Codor

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

- Roman · Accepted Answer

字段之间有一些填充。填充使用前一个字段和下一个字段计算。

此外，该条件应为真：

(size of struct) % (size of largest type) == 0

在您的情况下，最大的类型是int，其大小为4字节。

struct A
{
    char a; // size is 2, no previous field, next field size is 2 - no alignment needed
    char c; // size is 2, previous size is 2 -> 2 + 2 = 4, next size is 4 - no alignment needed
    int b;  //size is 4, it is last field, size is 4 + 4 = 8.  

    //current size is 2 + 2 + 4 = 8
    //8 % 4 == 0 - true - 8 is final size
}

struct B
{
    char a; // size is 2, next size is 4, alignment needed - 2 -> 4, size of this field with alignment is 4
    int b;  // size is 4, previous is 4, next size is 2(lower) - no alignment needed
    char c; // size is 2, previous is 4 + 4 = 8 - no alignment needed

    //current size is 4 + 4 + 2 = 10
    //but size should be size % 4 = 0 -> 10 % 4 == 0 - false, adjust to 12
}

如果你想让两个结构体具有相同的大小，可以使用LayoutKind.Explicit：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct A
{
    [FieldOffset(0)]
    char a;

    [FieldOffset(2)]
    char c;

    [FieldOffset(4)]
    int b;
}

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct B
{
    [FieldOffset(0)]
    char a;

    [FieldOffset(2)]
    int b;

    [FieldOffset(6)]
    char c;
}

或者

你可以使用 LayoutKind.Sequential，Pack = 1 和 CharSet = CharSet.Unicode 来获得大小为8。

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1, CharSet = CharSet.Unicode)]
public struct A
{
    char a;
    char c;
    int b;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1, CharSet = CharSet.Unicode)]
public struct B
{        
    char a;
    int b;
    char c;
}

此外，您可以在不使用unsafe的情况下获取结构大小：

Console.WriteLine(System.Runtime.InteropServices.Marshal.SizeOf(typeof(A)));
Console.WriteLine(System.Runtime.InteropServices.Marshal.SizeOf(typeof(B)));