c# - 如果结构包含 DateTime 字段，为什么 LayoutKind.Sequential 的工作方式不同？

Question

如果结构包含 DateTime 字段，为什么 LayoutKind.Sequential 的工作方式不同？

考虑以下代码(必须在启用“不安全”的情况下编译的控制台应用程序):

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ConsoleApplication3
{
    static class Program
    {
        static void Main()
        {
            Inner test = new Inner();

            unsafe
            {
                Console.WriteLine("Address of struct   = " + ((int)&test).ToString("X"));
                Console.WriteLine("Address of First    = " + ((int)&test.First).ToString("X"));
                Console.WriteLine("Address of NotFirst = " + ((int)&test.NotFirst).ToString("X"));
            }
        }
    }

    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public struct Inner
    {
        public byte First;
        public double NotFirst;
        public DateTime WTF;
    }
}

现在，如果我运行上面的代码，我会得到类似于以下的输出:

结构的地址 = 40F2CC
第一个地址 = 40F2D4
NotFirst 的地址 = 40F2CC

请注意，First 的地址与结构的地址不同；但是，NotFirst 的地址与结构的地址相同。

现在注释掉结构中的“DateTime WTF”字段，然后再次运行它。 这一次，我得到类似这样的输出:

结构的地址 = 15F2E0
第一个地址 = 15F2E0
NotFirst 的地址 = 15F2E8

现在“First”确实与结构具有相同的地址。

鉴于使用 LayoutKind.Sequential，我发现这种行为令人惊讶。任何人都可以提供解释吗？在与使用 Com DATETIME 类型的 C/C++ 结构进行互操作时，此行为是否会产生任何影响？

[编辑] 注意:我已验证当您使用 Marshal.StructureToPtr() 编码结构时，数据是以正确的顺序编码，“第一个”字段是第一个。这似乎表明它可以与互操作一起正常工作。神秘之处在于内部布局为何会发生变化 - 当然，内部布局从未指定，因此编译器可以随心所欲。

[EDIT2] 从结构声明中删除了“不安全”(它是我正在做的一些测试遗留下来的)。

[EDIT3] 这个问题的原始来源来自 MSDN C# 论坛:

http://social.msdn.microsoft.com/Forums/en-US/csharplanguage/thread/fb84bf1d-d9b3-4e91-823e-988257504b30

Answer 1

Why does LayoutKind.Sequential work differently if a struct contains a DateTime field?

它与(surprising) fact that DateTime itself has layout "Auto" (link to SO question by myself)有关.此代码重现了您看到的行为:

static class Program
{
    static unsafe void Main()
    {
        Console.WriteLine("64-bit: {0}", Environment.Is64BitProcess);
        Console.WriteLine("Layout of OneField: {0}", typeof(OneField).StructLayoutAttribute.Value);
        Console.WriteLine("Layout of Composite: {0}", typeof(Composite).StructLayoutAttribute.Value);
        Console.WriteLine("Size of Composite: {0}", sizeof(Composite));
        var local = default(Composite);
        Console.WriteLine("L: {0:X}", (long)(&(local.L)));
        Console.WriteLine("M: {0:X}", (long)(&(local.M)));
        Console.WriteLine("N: {0:X}", (long)(&(local.N)));
    }
}

[StructLayout(LayoutKind.Auto)]  // also try removing this attribute
struct OneField
{
    public long X;
}

struct Composite   // has layout Sequential
{
    public byte L;
    public double M;
    public OneField N;
}

示例输出:

64-bit: True
Layout of OneField: Auto
Layout of Composite: Sequential
Size of Composite: 24
L: 48F050
M: 48F048
N: 48F058

如果我们从 OneField 中删除该属性，事情就会按预期进行。示例:

64-bit: True
Layout of OneField: Sequential
Layout of Composite: Sequential
Size of Composite: 24
L: 48F048
M: 48F050
N: 48F058

这些示例是使用 x64 平台编译的(因此大小 24，三乘以八，不足为奇)，但对于 x86，我们也看到相同的“无序”指针地址。

所以我想我可以得出结论，OneField 的布局(在您的示例中为 DateTime)会影响包含 OneField 的结构的布局 成员，即使该复合结构本身具有 Sequential 布局。我不确定这是否有问题(甚至是必需的)。

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根据 Hans Passant 在另一个线程中的评论，当其中一个成员是 Auto 布局结构时，它不再尝试保持顺序。