C# 编组双包装结构 - 为什么 Double 行为奇怪？

Question

我正在为用 C 实现的动态链接库编写一个包装器。

许多函数返回本质上是标准的、非托管的、blittable 类型，例如

int

、

long long

和

double

。为了区分从库返回的值，我想编写一些简单的

struct

来包装这些基本类型并将导入的函数标记为返回这些类型。

（这还有一个额外的好处，那就是允许我使用

int

实现布尔类型，因此它可以是 4 字节宽，从而与库返回的 4 字节值相匹配。）

首先一切都很顺利，我的

LibraryBoolean

、

LibraryInteger

和

LibraryLong

都工作正常，然后我到了

LibraryDouble

...

public struct LibraryDouble
{
    private double value;

    public LibraryDouble(double value)
    {
        this.value = value;
    }

    public override string ToString()
    {
        return this.value.ToString();
    }

    public static implicit operator LibraryDouble(double value)
    {
        return new LibraryDouble(value);
    }

    public static implicit operator double(LibraryDouble number)
    {
        return number.value;
    }
}

[DllImport("Library.dll", EntryPoint = "get_double_value", ExactSpelling = true)]
public static extern LibraryDouble get_double_value([In] int index);

突然每次返回的值都是

4.94065645841247E-324

。

令人烦恼的是，我发现返回一个普通的

double

的行为符合预期，而奇怪的行为是我拥有包装器结构的结果。然而，我使用过的其他包装结构都没有表现出类似的行为，这似乎是 double 所独有的。

显然，我可以通过编写包装函数来规避这个问题......

public static LibraryDouble get_double_value([In] int index)
{
    return _get_double_value(index);
}

[DllImport("Library.dll", EntryPoint = "get_double_value", ExactSpelling = true)]
private static extern double _get_double_value([In] int index);

但我想确切地知道为什么

double

似乎存在问题，特别是当其他类型似乎都没有出现此问题时。

为什么我会看到这种奇怪的行为？

Answer 1

您遇到的问题与 LibraryDouble 结构在托管 C# 代码和非托管 C 代码之间封送的方式有关。

当您使用私有字段 (

LibraryDouble

) 声明

value

结构并使用隐式转换运算符时，它会为互操作编组器引入额外的复杂性。编组器需要处理

LibraryDouble

结构体和非托管

double

类型之间的转换。

问题在于编组器如何处理具有私有字段的结构，并且它可能无法将托管

LibraryDouble

结构的内存布局与非托管

double

类型正确对齐。因此，当库函数返回

double

时，它可能无法正确读入

LibraryDouble

结构体。

要解决此问题，您可以使用

StructLayout

属性来指定结构体的布局。此外，您应该使用

Sequential

布局标记结构并将

Pack

属性设置为 1，以确保内存布局与非托管类型兼容：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct LibraryDouble
{
    private double value;

    public LibraryDouble(double value)
    {
        this.value = value;
    }

    public override string ToString()
    {
        return this.value.ToString();
    }

    public static implicit operator LibraryDouble(double value)
    {
        return new LibraryDouble(value);
    }

    public static implicit operator double(LibraryDouble number)
    {
        return number.value;
    }
}

通过使用

StructLayout

显式指定布局，可以帮助确保结构的内存布局与非托管代码期望的布局相匹配。

但是，请记住，如果结构布局与库的本机期望不匹配，则使用具有显式布局的结构可能会导致兼容性问题。请始终参考库文档或标题，以确保正确的对齐和布局。