interop - C#中的布尔值的大小是多少?真的需要4个字节吗?

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我有两个带有字节和布尔数组的结构:

using System.Runtime.InteropServices;

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
struct struct1
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 3)]
    public byte[] values;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
struct struct2
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 3)]
    public bool[] values;
}

和以下代码:

class main
{
    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine("sizeof array of bytes: "+Marshal.SizeOf(typeof(struct1)));
        Console.WriteLine("sizeof array of bools: " + Marshal.SizeOf(typeof(struct2)));
        Console.ReadKey();
    }
}

这给了我以下输出:

sizeof array of bytes: 3
sizeof array of bools: 12

似乎是boolean占用4个字节的存储空间。理想情况下boolean只需要一点(false要么true, 0要么1等)。

这是怎么回事是个boolean类型真的这么低效吗?

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布尔类型具有历史记录,在语言运行时之间有许多不兼容的选择。这始于由发明C语言的人Dennis Ritchie做出的历史性设计选择。它没有布尔类型,替代方案是整型其中值为0表示并考虑了其他任何值真正.

该选择是在Winapi中进行的,这是使用pinvoke的主要原因,它具有typedefBOOL这是C编译器的别名整型关键词。如果您不应用显式的[MarshalAs]属性,则使用C#布尔被转换为BOOL,从而产生一个4字节长的字段。

无论做什么,您的struct声明都必须与使用互操作语言选择的运行时匹配。如前所述,BOOL用于winapi,但大多数C ++实现选择字节,大多数COM自动化互操作使用VARIANT_BOOL.

实际C#的大小布尔是一个字节。 CLR的一个强大目标是您无法找到。布局是一个实现细节,过于依赖处理器。处理器对变量类型和对齐方式非常挑剔,错误的选择会严重影响性能并导致运行时错误。通过使布局变得不可发现,.NET可以提供不依赖于实际运行时实现的通用类型的系统。

换句话说,您始终必须在运行时封送结构以精简布局。这时从内部布局到互操作布局。如果布局相同,则可能会非常快,而当需要重新排列字段时会很慢,因为这总是需要创建该结构的副本。技术术语是可漂白的,因为pinvoke编组器可以简单地传递一个指针,所以将可蓝变的结构传递给本机代码的速度很快。

性能也是为什么布尔不是一点点。使位可直接寻址的处理器很少,最小的单位是字节。一个额外需要使用指令从字节中提取位,这不是免费的。而且它从来都不是原子的。

C#编译器不会害羞地告诉您它占用1个字节,请使用sizeof(bool)。对于字段在运行时需要占用多少字节,这仍然不是理想的预测器,CLR还需要实现.NET内存模型,并且它承诺可以简单地进行变量更新。原子。这要求变量在内存中正确对齐,以便处理器可以在单个内存总线周期内对其进行更新。很多时候,布尔因此,实际上需要4或8个字节的内存。添加了额外的填充以确保下一个成员正确对齐。

CLR实际上利用了不可发现的布局,它可以优化类的布局并重新安排字段,从而使填充最小化。因此,如果您有一个包含bool + int + bool成员的类,则将需要1 +(3)+ 4 + 1 +(3)字节的内存,(3)是填充字节,总共12个字节。 50%的浪费。自动布局会重新排列为1 +1 +(2)+ 4 = 8字节。只有一个类具有自动布局,默认情况下结构具有顺序布局。

更惨淡的是,bool在使用支持AVX指令集的现代C ++编译器编译的C ++程序中,可能需要多达32个字节。这就要求32字节的对齐要求,布尔变量可能以31字节的填充结尾。这也是.NET抖动不发出SIMD指令的核心原因,除非明确包装,否则它无法获得对齐保证。

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首先,这是只要互操作的大小。它不代表数组托管代码的大小。每个1字节bool-至少在我的机器上。您可以使用以下代码自己对其进行测试:

using System;
class Program 
{ 
    static void Main(string[] args) 
    { 
        int size = 10000000;
        object array = null;
        long before = GC.GetTotalMemory(true); 
        array = new bool[size];
        long after = GC.GetTotalMemory(true); 

        double diff = after - before; 

        Console.WriteLine("Per value: " + diff / size);

        // Stop the GC from messing up our measurements 
        GC.KeepAlive(array); 
    } 
}

现在,对于按值编组数组,就像这样文件资料说:

当MarshalAsAttribute.Value属性设置为时ByValArray,必须设置SizeConst字段以指示数组中的元素数。的ArraySubType字段可以选择包含UnmanagedType需要区分字符串类型时,使用数组元素的元素。你可以用这个UnmanagedType仅在其元素在结构中显示为字段的数组上。

所以我们看ArraySubType,其中包含以下文档:

您可以将此参数设置为UnmanagedType枚举以指定数组元素的类型。如果未指定类型,则使用与托管数组的元素类型相对应的默认非托管类型。

现在看UnmanagedType, 有:

布尔
一个4字节的布尔值(true!= 0,false = 0)。这是Win32 BOOL类型。

这是默认的bool,它是4个字节,因为它对应于Win32 BOOL类型-因此,如果您要与期望BOOL数组,它正是您想要的。

现在您可以指定ArraySubTypeI1而是记录为:

1个字节的有符号整数。您可以使用此成员将布尔值转换为1字节的C样式布尔值(true = 1,false = 0)。

因此,如果您要与之互操作的代码期望每个值1个字节,则只需使用:

[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 3, ArraySubType = UnmanagedType.I1)]
public bool[] values;

然后,您的代码将按预期显示每个值占用1个字节。

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在Swift中解除分配