C# 结构布局优化

字节优化能给您带来多大的性能提升（使它们成为8、32、64等的倍数）

以下是一个示例结构：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct RenderItem
{
   [FieldOffset(0)] byte[] mCoordinates = new byte[3]; //(x,y,z)
   [FieldOffset(3)] short  mUnitType;            

}

所以我的问题是，这样做有多重要：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct RenderItem
{
   [FieldOffset(0)] byte[] mCoordinates = new byte[3]; //(x,y,z)
   [FieldOffset(4)] short  mUnitType;
   [FieldOffset(6)] byte[] mPadding = new byte[2];     //make total to 8 bytes

}

我确信它是“随大小扩展”的东西之一，因此我特别好奇的是，在创建VertexBuffer对象时，这种结构会被使用大约150000次：

//int objType[,,] 3 dimensional int with object type information stored in it

int i = 0;
RenderItem vboItems[16 * 16 * 16 * 36]  //x - 16, y - 16, z - 16, 36 verticies per object

For(int x = 0; x < 16; x++)
{
     For(int y = 0; y < 16; y++)
     {
          For(int z = 0; z < 16; z++)
          {
               vboItems[i++] = (x,y,z,objType[x,y,z]);
          }
     }
 }

 //Put vboItems into a VBO

//int对象类型[，]三维int，其中存储对象类型信息
int i=0；
RenderItem vboItems[16*16*16*36]//x-16，y-16，z-16，每个对象36个垂直方向
对于（int x=0；x<16；x++）
{
对于（int y=0；y<16；y++）
{
对于（intz=0；z<16；z++）
{
vboItems[i++]=（x，y，z，objType[x，y，z]）；
}
}
}
//将VBOITEM放入VBO中

它不像你想象的那样工作

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct RenderItem
{
   [FieldOffset(0)] byte[] mCoordinates = new byte[3]; //(x,y,z)
   [FieldOffset(3)] short  mUnitType;            

}

数组是引用类型。

mCoordinates

的存储要求是IntPtr.Size（即x86上的4字节和x64上的8字节）。3字节元素存储在堆上

我不知道如果你像那样引用，会（或不会）发生什么坏事

如果您需要具有这种精确布局的结构，则需要创建另一个值类型

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct Coordinate
{
    byte x;
    byte y;
    byte z;
};


[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct RenderItem
{
   Coordinate coord;
   short  mUnitType;            

}

---

这并没有回答您关于对齐的问题，但是Matthew提供的链接回答了您的问题。

我假设您应用了[MarshalAs]属性使数组成为ByValArray，这是在这样的结构上唯一有意义的事情。实际上，通过将struct变大2字节，可以使它变慢。这将降低处理器缓存的使用效率，在阵列中使用时，可以容纳的结构更少，这对性能非常重要

默认StructLayoutAttribute.Pack值8已优化，以提供结构的最佳布局。事实上，它对您的结构没有任何影响，无论包值如何，成员都已以最佳方式对齐。任何现代处理器获得最佳性能的规则：

• 成员应与可被成员大小整除的地址对齐。这可能会在成员之间添加填充字节。此规则防止处理器必须多路复用内存读取的字节值，或执行两次读取并将字节粘合在一起。结构上没有问题，唯一需要对齐的成员是mUnitType，它必须在2处对齐，并且已经在4处对齐。另外请注意，您不必使用[FieldOffset]，默认布局已经很好了

• 在数组中使用结构时，成员应正确对齐。这可能会将打包添加到结构的末尾，以使数组中的下一个元素正确对齐。同样，这不是结构上的问题，它有6个字节长，因此数组中的下一个元素将对齐其mUnitType，因为它只需要2个字节。如果您实际上声明的数组没有[Marshallas]，那么抖动将自动添加2个字节的填充，而无需您的帮助来确保数组指针正确对齐

• 成员不应跨越cpu缓存线。在我所知道的任何现代处理器上都是64字节。对性能非常不利，cpu必须读取两条缓存线的数据，并始终将字节粘在一起，性能命中大约慢x3。当结构包含大小为8或更大的成员时，在32位计算机上可能会发生这种情况。所以是一个长的、双精度的或十进制的。不仅成员的对齐很重要，结构在内存中的分配位置也很重要。这在x86版本的.NET上有点问题，它只能保证从堆栈或GC堆分配的数据的起始地址与4的倍数对齐。这对x64来说不是问题。对于您的结构来说，这不是一个问题，它只包含永远不会跨越cpu缓存线的小成员

因此，根据这些规则，即使没有LayoutKind.Explicit，结构也已经是最优的了

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另一个考虑因素也适用，与对齐无关。短路不是32位或64位处理器的最佳数据类型。如果您做的只是简单的加载和存储，那么将其从16位转换为32位需要额外的开销。背后的背景故事。现在，您需要在CPU缓存使用率提高和运行效率降低之间取得平衡，这是只有使用探查器才能可靠完成的。

请查看。另外，如果您没有指定

FieldOffset

，编译器会自动为您对齐结构。它会自动对齐结构，但它能保证它们的顺序吗？我在好几个地方看到它不能保证（因为它进入OpenGL的顺序很重要），这是一个巨大的性能差异。但是，自从C#2以来，我们可以定义一个“不安全”结构，并在数组字段上使用“fixed”关键字，长度在编译时定义。这会产生一个包含数组元素/数据的结构，而不是数组对象的引用。我知道欢呼是不受欢迎的，但答案很好。