Struct的内存布局

今天雨痕老大在群里出了一个关于struct内存布局的基础问题，大家热烈讨论。晚上又和老大聊了一下发现自己的理解也有些模糊，因此在这里略作记述和大家共享。希望您能够亲自动手实验，并欢迎指正本文的错误。

问题：请说出以下struct的实例大小以及内存布局
struct Struct1
{
public byte a;
public short b;
public string c;
public int d;
}
struct Struct2
{
public byte a;
public long b;
public byte c;
public string d;
}
struct Struct3
{
byte a;
byte b;
long c;
}
struct Struct4
{
byte a;
long b;
byte c;
}
一会再看答案，看看和你的理解是不是有很大的出入？其实struct和class的内存布局都是由StructLayoutAttribute的构造参数：LayoutKind枚举决定的，struct由编译器添加LayoutKind.Sequential，class由编译器添加的是LayoutKind.Auto。而Sequential通过实验数据可以总结如下：
1. 对于不带引用类型的struct：按照定义的顺序排列，内存布局和c，c++规则相同。比如:
Byte a;
Byte b;
Long c;
的大小是 a，b填充4字节，c填充8字节
Byte a
Long c
Byte b
的大小是 a填充8字节，c填充8字节，b填充8字节
2. 对于带有引用类型的struct：大于4字节的字段 -> 引用字段 -> 小于4字节的字段
对于小于4字节的字段按照大小排列，如果大小相同按照定义顺序，内存布局和规则1相同。不过这里有个需要注意的地方就是如果字段还是一个struct类型的，那么这个字段始终排在最后。

所以上面的答案是：
Struct1：c(4) -> d(4) -> b(2) ->a(2)
Struct2：b(8) -> d(4) -> a(1)c(1)填充2字节
Struct3: a(1)b(1)填充2字节 -> c(8)
Struct4：a(1)填充7字节->b(8)->c(1)填充7字节

如果你想亲自动手实验一下的话需要使用SOS.dll进行调试（关于SOS配置和使用入门的文章博客园上有很多）以struct1为例：
Struct1s1 = new Struct1();
s1.a = 1;
s1.b = 15;
s1.c = "c";
s1.d = 32;

.load sos
已加载扩展C:/WINDOWS/Microsoft.NET/Framework/v2.0.50727/sos.dll
!clrstack -a
PDB symbol for mscorwks.dll not loaded
OS Thread Id: 0x15fc (5628)
ESP EIP
0041ee3c 03ba01aa Test_Console.Class12.Main()
LOCALS:
0x0041ee84 = 0x01b02b0c
0x0041ee74 = 0x00000020
0x0041ee68 = 0x00000000
0x0041ee50 = 0x00000000

0041f104 6ebd1b4c [GCFrame: 0041f104]

.load sos
已加载扩展C:/WINDOWS/Microsoft.NET/Framework/v2.0.50727/sos.dll
!name2ee *!Test_Console.Struct1 //得到Struct1的方法表地址
PDB symbol for mscorwks.dll not loaded
Module: 6d5d1000 (mscorlib.dll)
--------------------------------------
Module: 00192c5c (Test_Console.exe)
Token: 0x02000012
MethodTable: 00193828
EEClass: 007a45b4
Name: Test_Console.Struct1

!clrstack -a //得到struct1实例的栈上地址
OS Thread Id: 0x1438 (5176)
ESP EIP
003eef0c 008f00c9 Test_Console.Class12.Main()
LOCALS:
0x003eef1c = 0x01c12b0c

003ef17c 6ebd1b4c [GCFrame: 003ef17c]

!dumpvc 00193828 0x003eef1c //查看值类型的layout
Name: Test_Console.Struct1
MethodTable 00193828
EEClass: 007a45b4
Size: 20(0x14) bytes
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
6d84340c 400001c a System.Byte 1 instance 1 a
6d83e910 400001d 8 System.Int16 1 instance 15 b
6d8408ec 400001e 0 System.String 0 instance 01c12b0c c
6d842b38 400001f 4 System.Int32 1 instance 32 d

在内存窗口中可以看到内存布局为：
0x003EEF1C 01c12b0c 00000020 0001000f
这里我要说明下使用dumpvc后会给出一个size，这里是20字节，比我们计算的结果多出8个字节，我的理解是因为引用类型有附加的8字节（syncblkindex + methodtableaddress）所以这里的size也加上了8.