【C#】StructLayout的使用

StructLayout 属性在 C# 中主要用于定义结构体或类在内存中的布局方式，这对于与非托管代码（例如通过 P/Invoke 调用的 Win32 API）进行交互时非常重要。StructLayout 属性位于 System.Runtime.InteropServices 命名空间下。使用此属性可以确保数据结构在内存中按照预期的方式组织，以便正确地传递给非托管代码。

`StructLayout` 主要参数

LayoutKind：定义成员如何排列。
- Sequential：按顺序排列字段，但会根据平台和类型的默认对齐规则自动插入填充字节。
- Explicit：允许为每个字段指定确切的偏移量，通常用于精确控制内存布局。
- Auto：由编译器决定最佳布局方式。
Pack：设置结构体成员间的填充字节数，以覆盖默认对齐。值为 1 到 32 的整数，0 表示使用默认对齐。
Size：指定整个结构体占用的总字节数。这在需要匹配特定大小的外部结构体时很有用。
CharSet：指定字符串成员使用的字符集。选项包括 Ansi、Unicode 和 Auto。影响字符串序列化的方式。

StructLayoutAttribute 参数说明

LayoutKind：指定结构体成员的布局方式。
- Sequential：按照成员声明的顺序将它们放置在内存中。每个成员都会根据其类型和平台的默认对齐规则来分配内存。
- Explicit：允许为每个字段显式地指定偏移量。
- Auto：由编译器决定最有效的布局方式。
Pack：设置结构体成员间的填充字节。这可以用来覆盖默认的对齐规则。例如，如果 Pack = 1，则不会插入任何填充字节；如果 Pack = 2，则确保每个成员从偶数地址开始等。当 Pack = 0 时，表示使用默认的对齐规则，这通常意味着根据数据类型的大小来对齐（如int通常是4字节对齐）。注意，不同的平台可能有不同的默认对齐行为。

其他参数

Size：指定整个结构体占用的总字节数。这在某些情况下很有用，比如当知道一个外部定义的结构体的确切大小，并希望C#结构体匹配这个大小时。
CharSet：指定字符串成员使用的字符集。选项有 Ansi、Unicode 和 Auto。这对于包含字符串或字符数组的结构体尤其重要，因为它会影响这些成员如何被序列化。
ValueSize：当 LayoutKind 为 Explicit 时使用，它指定了特定字段所占的字节数。

使用示例

在这个例子中，MyStruct 的成员会紧密排列，中间不会有额外的填充字节。因此，尽管通常情况下 int 类型会在 byte 后面留出3个字节的空隙以保持4字节边界对齐，但这里由于设置了 Pack = 1，所以整个结构体只占用7个字节 (1 + 4 + 2) 而不是常规情况下的8个字节。

using System;
using System.Runtime.InteropServices;[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct MyStruct
{public byte b1; // 1 bytepublic int i1;  // 通常4 bytes，但由于Pack=1，这里没有额外的填充public short s1; // 2 bytes
}class Program
{static void Main(){Console.WriteLine(Marshal.SizeOf<MyStruct>()); // 输出实际大小}
}

请注意，在调整打包值时要小心，因为错误的设置可能导致性能下降或与预期的非托管代码不兼容。

顺序布局 (Sequential)

例子中，MyStruct 的所有字段都紧密排列，没有额外的填充字节，因此整个结构体占用 7 字节。

using System;
using System.Runtime.InteropServices;[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct MyStruct
{public byte b; // 1 bytepublic int i;  // 4 bytespublic short s; // 2 bytes
}class Program
{static void Main(){Console.WriteLine(Marshal.SizeOf<MyStruct>()); // 输出: 7 字节}
}

显式布局 (Explicit)

这里使用了 Explicit 布局，并且指定了每个字段的确切位置。注意，即使 Pack=1，显式布局时我们依然能够手动控制每个字段的位置。此外，Size 参数设定了整个结构体的大小为 16 字节，这样在某些情况下可以保证与其他系统兼容。

[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 16, Pack = 1)]
public struct ExplicitStruct
{[FieldOffset(0)]     public int X;   // 占用前 4 个字节[FieldOffset(4)]     public int Y;   // 占用接下来的 4 个字节[FieldOffset(8)]     public short Z; // 占用接下来的 2 个字节[FieldOffset(14)]    public byte W;  // 占用最后一个字节
}class Program
{static void Main(){var es = new ExplicitStruct { X = 1, Y = 2, Z = 3, W = 4 };Console.WriteLine(es.X); // 输出: 1Console.WriteLine(es.Y); // 输出: 2Console.WriteLine(es.Z); // 输出: 3Console.WriteLine(es.W); // 输出: 4}
}