關於.net託管環境下struct型別的記憶體佈局的認識
熟悉C/C++的朋友都知道,struct型別中的成員在記憶體中都是按順序依次存放的,即按成員的宣告順序,並且通常是按成員中佔用空間最大的成員進行對齊的。
然而,到了.net託管環境中,則有所不同。CLR為我們提供了兩種不同的結構成員記憶體佈局方式:LayoutKind.Sequential和LayoutKind.Explicit,分別實現常用的順序佈局和按偏移量精確佈局。前者是CLR的預設值。我們可以在宣告struct時加上修飾:[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]來告訴CLR要採用的記憶體佈局方式為順序。採用這種佈局方式宣告的struct在記憶體中和非託管環境中宣告的struct一致,所以,通常在和非託管Dll進行互動呼叫的時候,應將struct宣告成順序式的。看下面的示例:
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
struct S1 //16byte
{
int i; //4byte
double b; //8byte
}
按順序佈局的S1本來只佔用了12個byte的記憶體空間,但是,當我們用sizeof(S1)測試的時候,發現它竟然佔用了16個byte的空間,這是因為LayoutKind.Sequential(預設)情況下,CLR對struct的Layout的處理方法與C/C++中預設的處理方式相同,即按照結構中佔用空間最大的成員進行對齊(Align)。顯然,這種方式浪費了一定的記憶體空間。
然而,按偏移量來佈局的方式也有一定的不足,當偏移量計算不準的時候,就會造成資料丟失。請看下面的示例:
[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct S2
{
[FieldOffset(0)] int i;
[FieldOffset(0)] double b;
}
S2中兩種成員的記憶體位置偏移量都是0,這就意味著它們佔用了相同的部分記憶體空間。當修改其中一個的值時,必然導致另一個的值也發生變化。因為,偏移量的計算應當非常小心才是。以下是一段來MSND上的比較好的例子:
using System.Runtime.InteropServices ;
[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size=16, CharSet=CharSet.Ansi)] publicclass MySystemTime { [FieldOffset(0)]public ushort wYear; [FieldOffset(2)]public ushort wMonth; [FieldOffset(4)]public ushort wDayOfWeek; [FieldOffset(6)]public ushort wDay; [FieldOffset(8)]public ushort wHour; [FieldOffset(10)]public ushort wMinute; [FieldOffset(12)]public ushort wSecond; [FieldOffset(14)]public ushort wMilliseconds; }
細心的朋友可能發現:程式碼中用的是class面不是struct,這說明class和struct其實沒有本質的區別。再看一個使用順序方式的比較好的例子:
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct POINT {
public POINT(int xx, int yy) { x=xx; y=yy; } //建構函式
public int x;
public int y;
public override string ToString() {
String s = String.Format( "({0},{1}) ", x, y);
return s;
}
}
補充說明:
其實,.net中還有第三種佈局方式:[StructLayout(LayoutKind.Auto)]。這種方式下,CLR會對結構體中的欄位順序進行調整使之佔用儘可能少的記憶體,也就是說,CLR會自動將struct中佔用空間多的排在前面,佔用空間少的排在後面,並進行4byte的記憶體對齊,這樣下來,可以相比順序方式節省一定的記憶體,但還是比精確定義偏移量的方式多浪費一些記憶體。
《完》