為什么結構的sizeof是不安全的

Question

MSDN明確指出

對於所有其他類型（包括結構），sizeof運算符只能用於不安全的代碼塊。

C＃語言規范更加精確：

1. 未指定成員打包到結構中的順序。
2. 出於對齊目的，在結構的開頭，結構內和結構的末尾可能存在未命名的填充。
3. 用作填充的位的內容是不確定的。
4. 當應用於具有結構類型的操作數時，結果是該類型的變量中的總字節數，包括任何填充。

但是CLR如何處理以下結構：

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

public struct MyEmptyStruct { }

在MyStruct我們明確地強制執行布局，大小以及如何通過StructLayout屬性打包它。 該結構應該在內存中具有1個字節的大小。

另一方面， MyEmptyStruct是空的，我們可以假設內存中的大小將是0字節 - 即使這樣的結構很可能不會被使用它仍然是一個有趣的案例。

當嘗試使用sizeof(MyStruct)和sizeof(MyEmptyStruct)計算這些結構的大小時，編譯器會拋出以下錯誤：

' * '沒有預定義的大小，因此sizeof只能在不安全的上下文中使用

我想知道為什么在這種情況下使用sizeof被認為是unsafe 。 問題不是要求解決方法，也不是要求計算結構大小的正確方法，而是要關注原因。

Answer 1

我想知道為什么在這種情況下使用sizeof被認為是不安全的。

馬修沃特森的評論擊中了頭部。 您將如何使用安全代碼處理該信息？ 它對任何東西都沒用（*）。 它不會告訴您需要為編組分配多少非托管字節; 那是Marshal.SizeOf 。 它僅對指針算法很有用，那為什么它應該在安全子集中​​呢？

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（*）可以公平地說，對於一個安全的sizeof ，有一些奇怪的角落用例可以采用包含托管類型的結構。 假設您有一個泛型集合類，它將分配一堆數組，並希望確保這些數組不會移動到大對象堆中; 如果您可以獲取包含托管對象的結構的大小，那么您可以非常輕松地編寫此代碼，並且它不需要任何指針算法。 但事實仍然是sizeof是專門為指針算法而設計的，而不是為了讓你可以對數組的垃圾收集啟發式做最后的運行。

Answer 2

問題中有很多錯誤的假設，我將逐一解決它們：

在MyStruct中，我們明確地強制執行布局

你沒有。 [StructLayout]屬性僅在編組結構值時才真正有效。 Marshal.StructureToPtr（），也被pinvoke marshaller使用。 只有這樣才能保證封送值具有所請求的布局。 CLR保留在其認為合適時布置結構的權利。 它將對齊結構成員，以便使用結構的代碼盡可能快，如果需要插入空字節。 如果這樣的填充字節留下足夠的空間，那么它甚至會交換成員以獲得更小的布局。 除了使用調試器查看訪問結構成員的機器代碼之外，這完全是不可發現的。 一些 [StructLayout]屬性會影響布局，LayoutKind.Explicit確實支持聲明聯合。 映射算法的確切細節未記錄，可能會發生變化，並且很大程度上取決於目標機器架構。

結果是該類型變量中的總字節數，包括任何填充。

事實並非如此，實際結構可能比聲明的結構小。 可以通過將成員交換到填充中。

該結構應該在內存中具有1個字節的大小。

這種情況很少發生。 局部變量也在內存中對齊，在32位處理器上為4個字節，在64位處理器中為8個字節。 除非結構存儲在數組中，否則實際上它將在堆棧上或堆上的對象內部占用4或8個字節。 由於成員對齊很重要，因此這種對齊很重要。

MyEmptyStruct為空，我們可以假設內存中的大小為0字節

即使結構為空，變量也始終至少有1個字節。 這避免了諸如具有占空零字節的非空數組之類的含糊之處。 也是其他語言的規則，比如C ++。

為什么在這種情況下使用sizeof被認為是不安全的

需要明確的是，在原始值類型上使用sizeof並不需要從.NET 2開始就不安全 。但是對於結構體，有可能使用sizeof（）直接尋址內存，例如將其添加到IntPtr中。 使用sizeof（）是錯誤的選擇並且應該是Marshal.SizeOf（）的風險相當大。 我猜想在結構上使用sizeof（）的實用性是如此之低，因為結構應該總是很小，並且以錯誤的方式攻擊IntPtrs的幾率非常高，以至於它們使它不安全 。