C++模版和C#泛型求同存异录(一)sizeof(T)

sizeof(T)

从C++的模板代码往C#代码移植的时候发现了一个小问题。

在C++模板代码中 sizeof(T)是一种有效的写法,最终在会编译器展开成sizeof(int),sizeof(float)或者sizeof(myclass),然后在运行时这个代码是有效的,能够执行的。于是我们看上去就可以计算在运行时计算T的大小,并分配内存。

但是在C#的泛型代码中,sizeof(T)无法编译过的,因为无法确认T是什么的情况下,T的大小是无法计算的,于是C#编译器是不认的。

按C#提供的规范,sizeof只能在不安全的代码中使用,操作的参数是非托管类型。

# 非托管类型

sbyte、byte、short、ushort、int、uint、long、ulong、

char、float、double、decimal 或 bool

任何枚举类型
任何指针类型

任何用户定义的 struct 类型,只包含非托管类型的字段,并且在 C# 7.3

及更早版本中,不是构造类型(包含至少一个类型参数的类型)

那么在C#的泛型类里面,该如何进行sizeof(T)操作?

然后我开始尝试着在.net的开源代码里面寻找答案

OK,一下子找到两个Unsafe.SizeOf和Marshal.SizeOf

Unsafe.SizeOf

Unsafe.SizeOf 属于 CompilerServices,继续挖掘代码,最后得到了一段IL Code

.method public hidebysig static int32 SizeOf<T>()

                            cil managed aggressiveinlining

{
//....
.maxstack 1
sizeof !!T
ret
} // end of method Unsafe::SizeOf

OK,这是 IL语言,我们就看自己关心的sizeof

 #IL Code 说明

sizeof

将提供的值类型的大小(以字节为单位)推送到计算堆栈上。

OK,UnsafeSizeOf只有值类型的大小

Unsafe.SizeOf<myclass>();

不管我怎么改变myclass的内容,结果都是8,所以,这个不能随便用,只能用在值类型上了。

结合C#的文档,我蛮怀疑关键字sizeof要么是调用了Unsafe.Sizeof函数,要么就是直接转换成了IL Code的sizeof。但没什么依据,我没在.net的源代码里找到这一点。

Marshal.SizeOf

这个属于 System.Runtime.InteropServices,是.net 和COM互操作的时候用的。

这个函数挖掘代码之后是到了一些cpp代码,基本路径是这样的

Marshal.SizeOf->SizeOfHelper->
MarshalNative::SizeOfClass->GetNativeSize()

Marshal.SizeOf->SizeOfHelper是C#代码

GetNativeSize()是用C++代码实现的,两边怎么焊接的我就不管了,这个暂时不关心。

最后

 BOOL GetNativeSize() const
{
LIMITED_METHOD_CONTRACT;
return m_cbNativeSize;
}

返回了一个m_cbNativeSize;

OK,我们实际测试下

Marshal.SizeOf<myclass>();

直接报错了,因为不是一个非托管结构,没法计算大小。

Type 'ConsoleApp1.Program+myclass' cannot be marshaled as 

an unmanaged structure; no meaningful size

or offset can be computed.

OK,稍微调整下代码

加一个[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]

然后输出结果是12,刚好是三个int的大小。

等下,还有第三种办法:从 C# 7.3 开始,可使用 unmanaged 约束指定:类型参数为“非指针、不可为 null 的非托管类型”。从 C# 8.0 开始,仅包含非托管类型的字段的构造结构类型也是非托管类型,如以下示例所示:

public struct Coords<T>
{
public T X;
public T Y;
}


public class UnmanagedTypes
{
public static void Main()
{
DisplaySize<Coords<int>>();
DisplaySize<Coords<double>>();
}

private unsafe static void DisplaySize<T>() where T : unmanaged
{
Console.WriteLine($"{typeof(T)} is unmanaged and its size is {sizeof(T)} bytes");
}
}
// Output:
// Coords`1[System.Int32] is unmanaged and its size is 8 bytes
// Coords`1[System.Double] is unmanaged and its size is 16 bytes

那么回到我开始的问题,如果都是值类型,两个都可以用,如果是自定义类,用Marshal.SizeOf就可以了

或者把泛型类写成

public struct Coords<T>

                where T : unmanaged

{
public T X;
public T Y;
}

即T只限于非托管类型。

结论

1.值类型泛型类,可以用

where T : unmanaged 和sizeof(T)配合使用
或者直接使用 Unsafe.Sizeof(T)

2.非值类型泛型类,可用

Marshal.SizeOf(T)

本文结束。

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写在文后:昨天发出之后发现把“泛”字打成范了,想想还是删除了今天再发,写一篇技术文章从选题,写稿,编辑,检查错别字,修改,到发稿来来回回几个小时。没有一件事情是容易的。我尽量严肃对待这一切,让各位关注者能有所得。谢谢。

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写多不如写精!

      

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