使用非对齐数组编组结构

Question

尝试编组此结构时出现异常

[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Pack = 1)]
public struct Data
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4, ArraySubType = UnmanagedType.U1)]
    [FieldOffset(0x1)]
    public byte[] a2;
}

它说 “无法从程序集 'WTF，Version=1.0.0.0，Culture=neutral，PublicKeyToken=null' 加载类型 'WTF.Data'，因为它包含偏移量 1 处的对象字段，该对象字段与非对象字段错误对齐或重叠。”

当我将偏移量 1 更改为 0 或 4 时，一切正常。 我做错了什么？

谢谢

Answer 1

请先查看 Hans Passant 的回答 - 对齐数据是一件好事，CLR 强制执行它是有原因的。不过，如果您出于某种原因确实需要或想要“作弊”，这似乎是可能的：

[StructLayout( LayoutKind.Sequential, Pack = 1 )]
public struct Data
{            
    public byte Dummy;

    [MarshalAs( UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4,
                ArraySubType = UnmanagedType.U1 )]
    public byte[] a2;
}

unsafe 代码也可以：

[StructLayout( LayoutKind.Explicit, Pack = 1 )]
public unsafe struct Data
{
    [FieldOffset( 1 )]
    public fixed byte a2[4];
}

但同样，这可能不是一个好主意。

编辑：第三种选择是简单地使数组长 5 个字节并使其位于偏移量 0，然后忽略第一个字节。这看起来确实更安全。

Answer 2

[StructLayout] 影响结构的托管布局和封送布局。在 .NET 中有点怪癖，但创建 blittable 结构在互操作方面是一个相当大的胜利，而且 CLR 不能忽视托管代码始终在完全非托管的操作系统上运行的事实。不必创建结构的副本，而只需能够将指针传递给托管版本是一个非常重要的性能胜利。

您的 [FieldOffset] 值违反了 .NET 内存模型的非常强的保证，对象引用分配始终是原子的。一个昂贵的词，意味着另一个线程永远无法观察到仅部分更新的无效对象引用。原子性需要正确对齐，在 32 位模式下是 4 的倍数，在 64 位模式下是 8 的倍数。如果它们未对齐，则处理器可能需要执行多个内存总线周期以将字节粘合在一起。这很糟糕，当另一个线程也在更新变量时，它会导致撕裂。从旧值中获取部分指针值，从新值中获取部分值。剩下的是一个损坏的指针，它使垃圾收集器崩溃。非常糟糕。

从 C# 的高级角度来看，这些东西晦涩难懂，但提供基本的执行保证非常重要。只要您使用 LayoutKind.Explicit，您就不能让它错位为 1，没有解决方法。所以不要使用它。