为什么在 C# 中使用 FieldOffset(0) 会导致 char 数组和字符串的指针不同？

Question

作为对字符串不变性 () 的良好回答的跟进，我已经开始尝试使用这种技术来理解可修改字节的偏移量。

最后我发现对两个引用字段使用 [FieldOffset(0)] 不会使指针具有相同的值。

这是测试：

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ConsoleApp
{
    [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
    public struct MutableString
    {
        [FieldOffset(0)] 
        public readonly string AsString;

        [FieldOffset(0)] 
        public readonly char[] AsCharArray;

        public MutableString(string original)
        {
            AsCharArray = null;
            AsString = original;
        }
    }

    public static class Program
    {
        public static unsafe void Main(string[] args)
        {
            var mutableString = new MutableString("test");

            fixed (char* pString = mutableString.AsString, pCharArray = mutableString.AsCharArray)
            {
                Console.WriteLine((long)pString);    // 2229380919860
                Console.WriteLine((long)pCharArray); // 2229380919864
            }
        }
    }
}

上面的代码打印出不同的数字（当然，确切的值会不时不同）。

差异总是 4 个字节（2 个字符）。

这是 csproj 文件：

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
    <PropertyGroup>
        <OutputType>Exe</OutputType>
        <TargetFrameworks>netcoreapp2.0;net47</TargetFrameworks>
        <AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks>
    </PropertyGroup>
</Project>

.NET Core dll 和 net47 exe 的行为相同，Debug/Release，x86/x64 构建配置。

主机是 Win10 x64。

我想知道在仅分配 AsString 字段后，我如何在字段中获得具有相同偏移量的 另一个 值？

Answer 1

I'm wondering how it is possible that after assigning only AsString field I'm getting another value in the field with the same offset?

你不是。

如果将两个字段值与 object.ReferenceEquals(mutableString.AsString, mutableString.AsCharArray) 进行比较，您会发现这两个字段是相等的，正如预期的那样。

让您感到困惑的是从 string 和 char[] 类型到指针的隐式转换。这两种类型都是托管类型，因此 fixed 语句必须固定对象，return 一个适当的指针指向 char 数据。出错的是这种转换，而不是实际存储在结构中的值。

至于为什么转换出错，是因为padding differences in arrays between 64-bit and 32-bit processes。 .NET Framework（桌面）和 Core 之间的差异出现是因为默认项目设置不同：桌面默认首选 32 位，而 Core 默认不首选 32 位（即 "Prefer 32-bit" 未选中 - 事实上， VS 中的 "Prefer 32-bit" 复选框似乎对核心项目没有任何作用……我必须明确地将平台类型设置为 x86 以获得核心的 32 位进程。

从 char[] 到指针的隐式转换需要额外的 4 个字节的填充。但是由于您的引用实际上不是对 char[] 对象的引用，而是对 string 对象的引用，因此该填充实际上并不存在，因此指针超出了 4 个字节。

鉴于确实没有理由期望对 string 对象的引用在重新解释为对 char[] 对象的引用时有效 — 对象布局巧合地兼容 32-位过程，但这不是 .NET 规范所承诺的（它是一个实现细节）——我认为这是 "reasonable"。如果您想创建一个有效的联合数据结构，您必须采取自己的保护措施，以确保您只将联合字段解释为您实际设置的字段。

为什么在 C# 中使用 FieldOffset(0) 会导致 char 数组和字符串的指针不同？

Why does using FieldOffset(0) in C# end up with different pointers for char array and string?

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