为什么在C#数据类型中存储开销会产生浪费？

Question

为什么在C#数据类型中存储开销会产生浪费？

c#.net

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在《C# 5.0权威指南》一书的子主题存储开销中，有一条通用注释如下：

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现在，我想知道为什么结构体A中的字段会浪费空间？或者说，作者在整个注释中想表达什么意思？

- InfZero

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数据结构对齐（Data Structure Alignment）是计算机科学中的一个概念，指的是为了提高数据访问效率而进行的内存空间优化。在计算机系统中，数据通常按照特定规则进行排列和布局，以保证 CPU 能够高效地读取和写入内存。这些规则包括数据对齐、填充字节等。数据对齐可以将数据类型的起始位置调整到固定的地址上，使其能够被高效地读取。填充字节则是为了保证不同数据类型之间的对齐，从而避免出现访问错误或性能下降。 - dtb

因为它使用16个字节来存储9个字节的数据。 - H H

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请注意，“waste”用引号括起来。这种对齐是有原因的，因此是否真正可以将其归类为“浪费”还是很主观的。因为我们肯定不能在这里浪费空间，但是如果不对齐数据，我们就会浪费时间。这是时空权衡的又一个例子。 - jason

这个问题比看起来的要难解释得多。将long对齐到8实际上没有任何意义，32位GC和Jitter只能将结构体的开始对齐到4。因此，long没有任何保证实际上对齐到8。它之所以能正常工作，是因为这些是本机代码使用的对齐规则。这使结构体可按位拷贝，对于互操作速度很重要。本机代码规则受早期32位处理器设计的影响非常大。 - Hans Passant

4个回答

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请注意对齐方式。 Long类型必须位于位置0、8、16等位置...

但是如果我们先看字节，则如下所示：

b-------llllllll

假设b是一个字节，l是一个长整型。减号代表“浪费的空间”。因此，可以看出这个结构体使用了整整16个字节，但只使用了9个字节，因此有7个字节被浪费了。

- Lukas Häfliger

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这个结构体默认的布局方式有两个原因：

1) 性能，正如其他人已经解释的那样。将字段成员放置在它们大小的倍数位置可以实现更快的传输。

2) 与大多数C/C++编译器的默认设置相同。这使得与C/C++进行交互（包括所有Windows API）变得更加容易。

请注意，如果您不需要转换结构体，则可以使用[StructLayout(LayoutKind.Auto)]：

[StructLayout(LayoutKind.Auto)]
struct A
{
    byte b;
    long l;
}

有了这个，接下来的代码如下

unsafe
{
    Console.WriteLine(sizeof(A));
}

输出12，表示打包效果更好。

如果您使用 [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]，则可以将大小缩小到9。

- Matthew Watson

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它们通常与处理器字边界对齐，以便检索它们是一个简单的单周期操作。否则，CLR必须获取整个地址，并XOR / shift结构字段以引用它。

- Curt

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可以查看英文原文，
原文链接

- Douglas · Accepted Answer

每个byte字段占用1个字节，而每个long字段占用8个字节。这意味着，虽然b可以放置在内存中的任何位置，但l需要放置在地址为8的倍数的位置。它不能放置在地址0，因为那里已经被b占用；因此，它必须放置在下一个可用的8的倍数的地址上，即8，导致7个字节的空间浪费。

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|  0 |  1 |  2 |  3 |  4 |  5 |  6 |  7 |  8 |  9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
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<--b->                                  <------------------l-------------------->
      <--------------waste------------->