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为什么结构的sizeof是不安全的

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MSDN明确指出

对于所有其他类型（包括结构），sizeof运算符只能用于不安全的代码块 .

C# Language Specification更精确：

  • 未指定成员打包到结构中的顺序 .

  • 出于对齐目的，在结构的开头，结构内和结构的末尾可能存在未命名的填充 .

  • 用作填充的位的内容是不确定的 .

  • 当应用于具有结构类型的操作数时，结果是该类型变量中的总字节数，包括任何填充 .

但是CLR如何处理以下结构：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 1, Pack = 1)]
public struct MyStruct
{
    [FieldOffset(0)] public byte aByte;
}

public struct MyEmptyStruct { }

在 MyStruct 中，我们明确强制执行布局，大小以及如何通过 StructLayout 属性打包它 . 该结构应该在内存中具有1个字节的大小 .

另一方面， MyEmptyStruct 是空的，我们可以假设内存中的大小将是0字节 - 即使这样的结构很可能不会被使用，它仍然是一个有趣的案例 .

当尝试使用 sizeof(MyStruct) 和 sizeof(MyEmptyStruct) 计算这些结构的大小时，编译器会抛出以下错误：

'*'没有预定义的大小，因此sizeof只能在不安全的上下文中使用

我想知道 why 在此上下文中使用 sizeof 被认为是 unsafe . 问题不是要求解决方法，也不是要求计算结构大小的正确方法，而是要关注原因 .

c# struct sizeof

2 回答

  • 6

    我想知道为什么在这种情况下使用sizeof被认为是不安全的 .

    马修沃特森的评论击中了头部 . 您将如何使用安全代码处理该信息？它's not useful for anything(*). It doesn'告诉你需要分配给marshal的非托管字节数;那是 Marshal.SizeOf . 它仅对指针算法很有用，那为什么它应该在安全子集中呢？

    （*）可以公平地说，有一些安全的 sizeof 可以采用包含托管类型的结构 . 假设您有一个泛型集合类，它将分配一堆数组，并希望确保这些数组不会移动到大对象堆中;如果您可以获取包含托管对象的结构的大小，那么您可以非常轻松地编写此代码，并且它不需要任何指针算法 . 但事实仍然是 sizeof 是专门为指针算法设计的，而不是为了让你可以针对数组进行垃圾收集启发式的最终运行 .

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  • 9

    问题中有很多错误的假设，我将逐一解决它们：

    在MyStruct中，我们明确强制执行布局

    你没有 . [StructLayout]属性仅在编组结构值时才真正有效 . Marshal.StructureToPtr（），也被pinvoke marshaller使用 . 只有这样才能保证封送值具有所请求的布局 . CLR保留在其认为合适时布置结构的权利 . 它将对齐结构成员，以便使用结构的代码尽可能快，如果需要插入空字节 . 如果这样的填充字节留下足够的空间，那么它甚至会交换成员以获得更小的布局 . 除了使用调试器查看访问结构成员的机器代码之外，这完全是不可发现的 . 一些[StructLayout]属性会影响布局，LayoutKind.Explicit确实支持声明联合 . 映射算法的确切细节未记录，可能会发生变化，并且很大程度上取决于目标机器架构 .

    结果是该类型变量中的总字节数，包括任何填充 .

    事实并非如此，实际结构可能比声明的结构小 . 可以通过将成员交换到填充中 .

    此结构应该在内存中具有1个字节的大小 .

    这种情况很少发生 . 局部变量也在内存中对齐，在32位处理器上为4个字节，在64位处理器中为8个字节 . 除非结构存储在数组中，否则实际上它将在堆栈上或堆上的对象内部占用4或8个字节 . 由于成员对齐很重要，因此这种对齐很重要 .

    MyEmptyStruct为空，我们可以假设内存中的大小为0字节

    即使结构为空，变量也始终至少有1个字节 . 这避免了诸如具有非空数组的歧义取零字节 . 也是其他语言的规则，如C.

    为什么在这种情况下使用sizeof被认为是不安全的

    需要明确的是，在原始值类型上使用sizeof并不需要从.NET 2开始就不安全 . 但是对于结构体，有可能使用sizeof（）直接寻址内存，例如将其添加到IntPtr中 . 使用sizeof（）是错误的选择并且应该是Marshal.SizeOf（）的风险相当大 . 我猜想在结构上使用sizeof（）的实用性是如此之低，因为结构应该总是很小，并且以错误的方式攻击IntPtrs的几率非常高，以至于它们使它不安全 .

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