带数组的元帅联合答案

【问题标题】：Marshal Union With Arrays带数组的元帅联合
【发布时间】：2014-06-29 19:58:18
【问题描述】：

我遇到了一个奇怪的场景，在 C#/.NET 中包含数组的封送联合。考虑以下程序：

namespace Marshal
{
    class Program
    {
        [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
        struct InnerType
        {
            byte Foo;
            //[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, ArraySubType = UnmanagedType.Struct, SizeConst = 1)]
            //byte[] Bar;
        }


        [StructLayout(LayoutKind.Explicit, Pack = 1)]
        struct UnionType
        {
            [FieldOffset(0)]
            InnerType UnionMember1;

            [FieldOffset(0)]
            [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, ArraySubType = UnmanagedType.Struct, SizeConst = 1)]
            byte[] UnionMember2;
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine(@"SizeOf UnionType: {0}", System.Runtime.InteropServices.Marshal.SizeOf(typeof(UnionType)));
        }
    }
}

如果你运行这个程序，你会得到以下异常：

Could not load type 'UnionType' from assembly 'Marshal, Version=1.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=null' because it contains an object field at offset 0 that is incorrectly aligned or overlapped by a non-object field.

现在，如果您取消注释两个注释掉的行，程序将运行良好。我想知道为什么会这样。 为什么向 InnerType 添加一个额外的数组可以解决问题？顺便说一句，您制作的数组大小无关紧要。如果没有数组，UnionMember1 和 UnionMember2 的大小应该相互匹配。使用数组，它们的大小不匹配，但不会引发异常。

更新将 InnerType 更改为以下也会导致异常（这次是在 InnerType 上）：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Pack = 1)]
struct InnerType
{
    [FieldOffset(0)]
    byte Foo;

    [FieldOffset(1)]
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, ArraySubType = UnmanagedType.Struct, SizeConst = 1)]
    byte[] Bar;
}

在我看来，这应该等同于未注释 byte[] Bar 的原始代码（使用 LayoutKind.Sequential）。

我不认为这里的问题与单词边界有任何关系——我使用的是 Pack = 1。相反，我认为这是异常的第二部分，“......它在偏移量处包含一个对象字段0 即……与非对象字段重叠。” byte[] 是引用类型，而 byte 本身是值类型。我可以看到“byte Foo”最终会与“byte[] UnionMember2”重叠。但是，这仍然不能解释为什么在我的原始代码中取消注释“byte[] bar”会使异常消失。

【问题讨论】：

这些帖子应该会有所帮助：stackoverflow.com/questions/1190079/…、stackoverflow.com/questions/4673099/…。将 UnionMember2 的字段偏移量更改为 8 可以解决此问题。
@David Venegoni - 谢谢！不过，我已经看过这些了。 #1190079 特定于 CF 编组器。我没有使用 CF，我使用的是 Pack。 #4673099 有解决该用户问题的方法，但没有准确解释导致异常的原因。使用 8 的偏移量确实消除了异常（和联合），但仍然没有提供任何线索来说明为什么添加 InnerType.bar 会抑制异常。
pinvoke marshaller 不允许您将结构映射到 byte[]，这不是有意义的转换。 1 的大小也很奇怪，这只是一个普通字节。您也不允许将 byte[] 之类的引用类型与值类型重叠，垃圾收集器无法再准确地查看该字段是否存储引用。修复该问题需要将字段声明为固定大小的缓冲区。
@Hans Passant - 关于重叠引用和值类型，您一针见血。但是，这仍然不能回答为什么添加“byte [] Bar”会使异常消失。关于单字节数组，这只是为了使示例保持简单。这是一个人为的例子。
只有展示一个真实的例子才能得到很好的帮助。

标签： c# .net marshalling unions

【解决方案1】：

我的假设是顺序布局被否决，如此 SO 答案中所述：LayoutKind.Sequential not followed when substruct has LayoutKind.Explicit。

注意pack设置1不会消除填充，即Bar没有FieldOffset为1。它对齐到4字节（在x32上），根据Marshal.OffsetOf()它应该在4为预期的。

但是，.NET 运行时实际上可能将引用类型 Bar 放在托管内存中的字节 Foo 之前，在这种情况下，它会在联合中正确地与 UnionMember2 重叠。

有趣的是，Foo int 和 float 会发生同样的情况，但 long 和 double 会再次出现异常。似乎它按大小对字段进行排序，但如果大小相等，则将引用类型放在首位。

当我切换到 x64 时，它也与 long Foo 一起工作，这将支持这一理论。最后，我打开了一个内存窗口 (Debug->Windows->Memory) 并输入位置&instance.UnionMember1.Foo 并向上滚动以显示Foo 之前的字节。然后使用证明Bar 为0 和Foo 为4 的即时窗口在Foo 和Bar 中设置一个值。（将var instance = new UnionType() 添加到Main）

请记住，尽管这可能不是您想要的，Byte[] 只是被认为是引用类型。您可以将其替换为object。您或许可以改用fixed byte Bar[1]，具体取决于您的目标。

【讨论】：