CLR笔记 三 类型中字段布局

CLR如何控制类型中的字段布局

为提高性能，在未指定类型或者结构体的字段的任何排列方式时，CLR会按照自己认为最合适的方式进行重新排列，即内存对齐。

如何指定类或者结构体内字段的排列方式

在类型或者结构体内添加特性System.Runtime.InteropServices.StructLayoutAttribute;

传递枚举参数LayoutKind

具体参数说明（微软代码有介绍）：

    //
    // 摘要:
    //     当将对象导出到非托管代码时，控制该对象的布局。
    [ComVisible(true)]
    public enum LayoutKind
    {
        //
        // 摘要:
        //     对象的成员顺序依次布局，它们出现导出到非托管内存时的顺序。 成员进行布局中指定的封装根据System.Runtime.InteropServices.StructLayoutAttribute.Pack，和可以是不连续。
        Sequential = 0,
        //
        // 摘要:
        //     非托管内存中的每个成员的对象的精确位置显式控制，受约束的设置System.Runtime.InteropServices.StructLayoutAttribute.Pack字段。
        //     每个成员必须使用System.Runtime.InteropServices.FieldOffsetAttribute指示该字段的类型中的位置。
        Explicit = 2,
        //
        // 摘要:
        //     非托管内存中某个对象的成员，则运行时会自动选择适当的布局。 无法在托管代码之外公开使用此枚举成员定义的对象。 尝试这样做将引发异常。
        Auto = 3
    }
}

需要注意的是Microsof C#编译器总是默认的为引用类型选择Layoutkind.Auto，为值类型选择LayoutKind.Sequential（也许其他的C#编译器不是这么做的）。

LayoutKind.Sequential一般用于和非托管代码进行交互，若不与非托管代码进行交互可以显式指定为Auto可以提高性能。

LayoutKind.Explicit：精确指定字段偏移量（相对于实例的起始位置），使用FieldOffSet特性指定。

Tips：

对于LayoutKind.Explicit：

1.一般用于C/C++具有union的类，该类的数据成员在内存中的存储互相重叠，每个数据成员都冲相同的内存地址开始，分配给union的存储区数量是它包含最大数据成员所需的内存数，同一时刻只有一个成员可以被赋值。

2.引用类型和值类型互相重叠是不合法的，多个引用类型互相重叠时，该类型无法验证，多个值类型互相重叠是合法的，但所有重叠字节都能通过公共字段访问，方能够验证；

实际应用

通过win32函数获取当前操作系统的逻辑CPU核心数：GetSystemInfo或者GetNativeSystemInfo（微软API：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms724381(v=VS.85).aspx），其输出类型结构体为：SYSTEM_INFO：

该结构体定义：

typedef struct _SYSTEM_INFO {
  union {
    DWORD  dwOemId;
    struct {
      WORD wProcessorArchitecture;
      WORD wReserved;
    };
  };
  DWORD     dwPageSize;
  LPVOID    lpMinimumApplicationAddress;
  LPVOID    lpMaximumApplicationAddress;
  DWORD_PTR dwActiveProcessorMask;
  DWORD     dwNumberOfProcessors;
  DWORD     dwProcessorType;
  DWORD     dwAllocationGranularity;
  WORD      wProcessorLevel;
  WORD      wProcessorRevision;
} SYSTEM_INFO;

其中含有一个匿名联合体体，该联体内字段dwOemid与匿名联合体中的匿名结构体起始地址一样，由于dwOemid是DWORD类，而匿名结构体内的两个字段都为WORD类型，DWORD类型是4个字节类型，WORD是双字节，所以dwOemId的低16位与wProcessArchitecture内存共用，dwOemId的高16位与wReserved内存共用；所以在C#代码中可以这样声明SYSTEM_INFO结构体：

        [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
        public struct System_Info
        {
            /// <summary>
            /// 已过时为保持兼容性留下的结构体
            /// </summary>
            [Obsolete("已过时为保持兼容性留下的结构体")]
            public OemId oemId;
            /// <summary>
            /// 
            /// </summary>
            public UInt32 dwPageSize;
            /// <summary>
            /// 应用程序或者DLL最小地址指针
            /// </summary>
            public IntPtr lpMinimumApplicationAddress;
            /// <summary>
            /// 应用程序或者DLL最大地址指针
            /// </summary>
            public IntPtr lpMaximumApplicationAddress;
            /// <summary>
            /// 系统内处理器配置的标记
            /// </summary>
            public IntPtr dwActiveProcessorMask;
            /// <summary>
            /// 处理器数量
            /// </summary>
            public UInt32 dwNumberOfProcessors;
            /// <summary>
            /// 处理器类型
            /// </summary>
            [Obsolete("已过时，为兼容性保留，")]
            public UInt32 dwProcessorType;
            /// <summary>
            /// 虚拟内存分配的颗粒度
            /// </summary>
            public UInt32 dwAllocationGranularity;
            /// <summary>
            /// 架构相关的处理器等级
            /// </summary>
            public UInt16 wProcessorLevel;
            /// <summary>
            /// 处理器修订号
            /// </summary>
            public UInt16 wProcessorRevision;
        }

        /// <summary>
        /// 已过时为保持兼容性留下的结构体
        /// </summary>
        [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
        public struct OemId
        {
            [FieldOffset(0)]
            UInt32 dwOemId;
            /// <summary>
            /// 安装系统处理器架构
            /// </summary>
            [FieldOffset(0)]
            UInt16 wProcessArchitecture;
            /// <summary>
            /// 将来预留字段
            /// </summary>
            [FieldOffset(16)]
            UInt16 wReserved;
        }

        public enum ProcessArchitecture
        {
            /// <summary>
            /// x64 AMD or intel
            /// </summary>
            PROCESSOR_ARCHITECTURE_AMD64 = 9,
            /// <summary>
            /// ARM
            /// </summary>
            PROCESSOR_ARCHITECTURE_ARM = 5,
            /// <summary>
            /// ARM64
            /// </summary>
            PROCESSOR_ARCHITECTURE_ARM64 = 12,
            PROCESSOR_ARCHITECTURE_IA64 = 6,
            PROCESSOR_ARCHITECTURE_INTEL = 0,
            PROCESSOR_ARCHITECTURE_UNKNOWN = 0xffff,
        }

然后调用下看看结果。

问题

1.LayoutKind.Auto为什么可以提高性能？

https://www.cnblogs.com/kex1n/archive/2009/06/16/2286527.html

2.什么是类型验证？如何进行类型验证？

参考：

1.CLR Via C#；2.