關於.net託管環境下struct類型的記憶體布局的認識

熟悉C/C++的朋友都知道，struct類型中的成員在記憶體中都是按順序依次存放的，即按成員的聲明順序，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布局方式：LayoutKind.Sequential和LayoutKind.Explicit，分別實現常用的循序配置和按位移量精確布局。前者是CLR的預設值。我們可以在聲明struct時加上修飾：[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]來告訴CLR要採用的記憶體布局方式為順序。採用這種布局方式聲明的struct在記憶體中和非託管環境中聲明的struct一致，所以，通常在和非託管Dll進行互動調用的時候，應將struct聲明成順序式的。看下面的樣本：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
struct S1 //16byte
{
    int i; //4byte
    double b; //8byte
}

按循序配置的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，按位移量來布局的方式也有一定的不足，當位移量計算不準的時候，就會造成資料丟失。請看下面的樣本：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct S2
{
     [FieldOffset(0)] int i;
     [FieldOffset(0)] double b;
}

S2中兩個成員的記憶體位置位移量都是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，位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)]   public class 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：代碼中用的是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中還有第三種布局方式：[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，但還是比精確定義位移量的方式多浪費一些記憶體。

有關.net託管環境下struct類型的記憶體布局的問題，更多資訊可以閱讀網友happyhippy的博文：
http://www.cnblogs.com/happyhippy/archive/2007/04/12/710927.aspx

《完》