目錄

• 1.應用背景
• 2.結構體決議
  • 2.1.結構體存在堆疊中
  • 2.2.結構體不需要手動釋放
• 3.封裝心跳包結構體
• 4.結構體靜態幫助類
• 5.New出來的結構體是存在堆中還是堆疊中？
  • 5.1.不帶形參的結構體構造
  • 5.2.帶形參的結構體構造
• 6.性能測驗
• 7.原因分析
• 8.下一篇:類與結構體性能對比測驗——以封裝網路心跳包為例
• 9.IL工具使用分享

1.應用背景

底端設備有大量網路報文（位元組陣列）：心跳報文，資料采集報文，告警報文上報，需要有對應的報文結構去決議這些位元組流資料，

2.結構體決議

由此，我第一點就想到了用結構體去決議，原因有以下兩點：

2.1.結構體存在堆疊中

類屬于參考型別，存在堆中；結構體屬于值型別，存在堆疊中，在一個物件的主要成員為資料且資料量不大的情況下，使用結構會帶來更好的性能，

2.2.結構體不需要手動釋放

屬于托管資源，系統自動管理生命周期，區域方法呼叫完會自動釋放，全域方法會一直存在，

3.封裝心跳包結構體

心跳協議報文如下：

對應結構體封裝如下：

    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)] // 按1位元組對齊
    public struct TcpHeartPacket
    {

      [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4)]   //結構體內定長陣列
      public byte[] head;

      public byte type;

      [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 2)]
      public byte[] length;
     
      [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6)]
      public byte[] Mac;
     
      [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 104)]
      public byte[] data;//資料體
     
      [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4)]
      public byte[] tail;
    }

4.結構體靜態幫助類

主要實作了位元組陣列向結構體轉換方法，以及結構體向位元組陣列的轉換方法，

    public class StructHelper
    {
        //// <summary>
        /// 結構體轉byte陣列
        /// </summary>
        /// <param name="structObj">要轉換的結構體</param>
        /// <returns>轉換后的byte陣列</returns>
        public static byte[] StructToBytes(Object structObj)
        {
            //得到結構體的大小
            int size = Marshal.SizeOf(structObj);
            //創建byte陣列
            byte[] bytes = new byte[size];
            //分配結構體大小的記憶體空間
            IntPtr structPtr = Marshal.AllocHGlobal(size);
            //將結構體拷到分配好的記憶體空間
            Marshal.StructureToPtr(structObj, structPtr, false);
            //從記憶體空間拷到byte陣列
            Marshal.Copy(structPtr, bytes, 0, size);
            //釋放記憶體空間
            Marshal.FreeHGlobal(structPtr);
            //回傳byte陣列
            return bytes;
        }

        /// <summary>
        /// byte陣列轉結構體
        /// </summary>
        /// <param name="bytes">byte陣列</param>
        /// <param name="type">結構體型別</param>
        /// <returns>轉換后的結構體</returns>
        public static object BytesToStuct(byte[] bytes, Type type)
        {
            //得到結構體的大小
            int size = Marshal.SizeOf(type);
            //byte陣列長度小于結構體的大小
            if (size > bytes.Length)
            {
                //回傳空
                return null;
            }
            //分配結構體大小的記憶體空間
            IntPtr structPtr = Marshal.AllocHGlobal(size);
            try
            {
                //將byte陣列拷到分配好的記憶體空間
                Marshal.Copy(bytes, 0, structPtr, size);
                //將記憶體空間轉換為目標結構體
                return Marshal.PtrToStructure(structPtr, type);
            }
            finally 
            {
                //釋放記憶體空間
                Marshal.FreeHGlobal(structPtr);
            }

        }

    }

5.New出來的結構體是存在堆中還是堆疊中？

有同事說new出來的都會放在堆里，我半信半疑，怎么去確定，new出來的結構體到底放在哪里有兩種方式，一種是使用Visual Studio的除錯工具查看，這種方法找了好久沒找到怎么去查看，路過的高手煩請指點下；第二種方法就是查看反編譯dll的IL（Intermediate Language）語言，查看最終是以怎樣的方式去實作的，不懂IL想了解IL的可以看此篇文章

5.1.不帶形參的結構體構造

• 呼叫代碼

  //初始化結構體
  TcpHeartPacket tcpHeartPacket = new TcpHeartPacket();
  //將上報的心跳報文ReceviveBuff利用結構體靜態幫助類StructHelper的BytesToStuct方法將位元組流轉化成結構體
  tcpHeartPacket = (TcpHeartPacket)StructHelper.BytesToStuct(ReceviveBuff, tcpHeartPacket.GetType());

從對應的IL代碼可以看出只是initobj，并沒有newobj，其中newobj表示分配記憶體，完成物件初始化；而initobj表示對值型別的初始化，

• newobj用于分配和初始化物件；而initobj用于初始化值型別，因此，可以說，newobj在堆中分配記憶體，并完成初始化；而initobj則是對堆疊上已經分配好的記憶體，進行初始化即可，因此值型別在編譯期已經在堆疊上分配好了記憶體，

• newobj在初始化程序中會呼叫建構式；而initobj不會呼叫建構式，而是直接對實體置空，

• newobj有記憶體分配的程序；而initobj則只完成資料初始化操作，

initobj 的執行結果是，將tcpHeartPacket中的參考型別初時化為null，而基元型別則置為0，
綜上，new 結構體（無參情況）是放在堆疊中的，只是做了null/0初始化，

5.2.帶形參的結構體構造

接下來看下帶形參的結構體存放位置，
簡化版帶形參的結構體如下：

    public struct TcpHeartPacket
    {

        public TcpHeartPacket(byte _type)
        {
            type = _type;
         }
        public byte type;

    }

呼叫如下：

//帶形參結構體new初始化
  TcpHeartPacket tcpHeartPacket = new TcpHeartPacket(0x1);
//類的new做對比
  IWorkThread __workThread = new WorkThread();

IL代碼如下：

形成了鮮明的對比，new帶參的結構體，IL只是去call（呼叫）ctor（結構體的建構式），而下面的new類則直接就是newobj，實體化了一個物件存到堆空間去了，

綜合5.1,5.2表明結構體的new確實是存在堆疊里的，而類的new是存在堆里的，

6.性能測驗

測驗結果如下：

使用結構體決議包需要幾十個微妙，其實效率還是很差的，我用類封裝成包，決議了，只需要幾個微妙，性能差5到10倍，

7.原因分析

主要時間消耗在了BytesToStuct方法，代碼詳見4

• 心跳包里面用了很多byte[]位元組陣列，而位元組陣列本身需要在堆里開辟空間；
• 該方法進行了裝箱拆箱操作；
• 分配記憶體在堆上，還是在堆上進行了copy操作；
  拆裝箱的IL代碼如下：

裝箱使用的box指令，取消裝箱是 unbox.any 指令

8.下一篇:類與結構體性能對比測驗——以封裝網路心跳包為例

當資料比較大的時候，結構體這種資料復制機制會帶來較大的開銷，也難怪微軟給出的準則中有一條：“當型別定義大于16位元組時不要選用struct”，最終我也選擇了類來封裝以太網包的決議，性能可以達到微妙級，會在下一篇文章《類與結構體性能對比測驗——以封裝網路心跳包為例》中作詳細描述，

9.IL工具使用分享

• 使用ildasm工具
  VS2013外部工具中添加ildasm.exe
• 使用dnSpy工具
  dnSpy的github地址

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標籤：C#

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