LayoutKind 옵션에 대해

재미있는 글이 하나 떴습니다. ^^

[제목] 객체의 메모리 레이아웃에 대하여
; http://www.csharpstudy.com/network/DevNote/Article/1009

위의 글에서 제가 의심이 되는 것은 다음의 문구입니다.



즉, 위의 글에 따라 LayoutKind 옵션을 정리하면 다음과 같은 식입니다.

Layout	관리 메모리 필드 순서 보장	비관리 메모리 필드 순서 보장
Auto	X	X
Sequential	X	O
Explicit	O	O

의심스러운 것은 Sequential인 경우 Managed에서는 다른 메모리 구조를 가지고 있다가 Unmanaged로 복사할 때 굳이 필드 정의 순서대로 변환하는 비효율적인 작업을 하느냐에 대한 것입니다.

위의 글을 보고 MSDN 도움말을 찾아봤는데요.

LayoutKind Enumeration
; https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.runtime.interopservices.layoutkind

Explicit 옵션에 대해서 다음과 같이 설명하고 있습니다.



위의 글에 보면, unmanaged에 대한 언급은 있지만 managed에 대한 언급은 없습니다. 이렇게 되면 확실하게 결론 내리기 위해 테스트를 통해서 한번 증명을 해봐야 될 것 같습니다.

---

예제는 다음과 같이 구성해 보았습니다.

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ConsoleApplication1
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    class A
    {
        byte b1 = 10;
        int i1 = 11;
        byte b2 = 12;
        int i2 = 13;
        byte b3 = 14;
        int i3 = 15;
        byte b4 = 16;
        int i4 = 17;
    }

    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    class B
    {
        byte b1 = 20;
        byte b2 = 21;
        byte b3 = 22;
        byte b4 = 23;
        int i1 = 24;
        int i2 = 25;
        int i3 = 26;
        int i4 = 27;
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            A var1 = new A();
            B var2 = new B();

            int sizeofA = Marshal.SizeOf(var1);
            int sizeofB = Marshal.SizeOf(var2);

            Console.WriteLine("Check: " + var1.ToString() + ": " + sizeofA);
            Console.WriteLine("Check: " + var2.ToString() + ": " + sizeofB);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

ReadLine까지 실행한 다음 windbg를 이용해 managed 영역의 메모리를 검사해 보겠습니다.

0:006> .loadby sos clr


0:000> !name2ee *!ConsoleApplication1.A
Module:      720c1000
Assembly:    mscorlib.dll
--------------------------------------
Module:      00b72ed4
Assembly:    ConsoleApplication1.exe
Token:       02000002
MethodTable: 00b7386c
EEClass:     00b7136c
Name:        ConsoleApplication1.A

0:000> !dumpheap -mt 00b7386c
 Address       MT     Size
02702490 00b7386c       40     

Statistics:
      MT    Count    TotalSize Class Name
00b7386c        1           40 ConsoleApplication1.A
Total 1 objects


0:000> !dumpobj 02702490
Name:        ConsoleApplication1.A
MethodTable: 00b7386c
EEClass:     00b7136c
Size:        40(0x28) bytes
File:        d:\settings\Desktop\layout_explicit\ConsoleApplication1\ConsoleApplication1\bin\Debug\ConsoleApplication1.exe
Fields:
      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr    Value Name
724d36b4  4000001        4          System.Byte  1 instance       10 b1
724d3c50  4000002        8         System.Int32  1 instance       11 i1
724d36b4  4000003        c          System.Byte  1 instance       12 b2
724d3c50  4000004       10         System.Int32  1 instance       13 i2
724d36b4  4000005       14          System.Byte  1 instance       14 b3
724d3c50  4000006       18         System.Int32  1 instance       15 i3
724d36b4  4000007       1c          System.Byte  1 instance       16 b4
724d3c50  4000008       20         System.Int32  1 instance       17 i4

보시는 바와 같이 Sequential인 경우에도 managed 메모리에서의 필드 순서가 보장되고 있습니다. B 클래스도 마저 확인을 해볼까요?

0:000> !name2ee *!ConsoleApplication1.B
Module:      720c1000
Assembly:    mscorlib.dll
--------------------------------------
Module:      00b72ed4
Assembly:    ConsoleApplication1.exe
Token:       02000003
MethodTable: 00b73928
EEClass:     00b71494
Name:        ConsoleApplication1.B

0:000> !dumpheap -mt 00b73928
 Address       MT     Size
027024b8 00b73928       28     

Statistics:
      MT    Count    TotalSize Class Name
00b73928        1           28 ConsoleApplication1.B
Total 1 objects

0:000> !dumpobj 027024b8
Name:        ConsoleApplication1.B
MethodTable: 00b73928
EEClass:     00b71494
Size:        28(0x1c) bytes
File:        d:\settings\Desktop\layout_explicit\ConsoleApplication1\ConsoleApplication1\bin\Debug\ConsoleApplication1.exe
Fields:
      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr    Value Name
724d36b4  4000009        4          System.Byte  1 instance       20 b1
724d36b4  400000a        5          System.Byte  1 instance       21 b2
724d36b4  400000b        6          System.Byte  1 instance       22 b3
724d36b4  400000c        7          System.Byte  1 instance       23 b4
724d3c50  400000d        8         System.Int32  1 instance       24 i1
724d3c50  400000e        c         System.Int32  1 instance       25 i2
724d3c50  400000f       10         System.Int32  1 instance       26 i3
724d3c50  4000010       14         System.Int32  1 instance       27 i4

역시 순서가 지켜지고 있습니다. 게다가 2가지 Offset 값에 따라 크기를 계산해 보면 A 클래스의 인스턴스는 32바이트, B 클래스의 인스턴스는 20바이트로 Console.WriteLine으로 출력했던 sizeofA, sizeofB 변수의 값과 동일합니다. 결과적으로 Sequential인 경우에도 Managed와 Unmanaged의 필드 배치가 동일하다는 것을 유추할 수 있습니다.

실제로 순서가 달라진다는 것을 확인하기 위해 A 클래스를 Auto로 바꾸면 다음과 같이 Offset 값이 뒤죽박죽으로 나오는 것을 볼 수 있습니다.

0:000> !dumpobj 023f2490 
Name:        ConsoleApplication1.A
MethodTable: 0085386c
EEClass:     0085136c
Size:        28(0x1c) bytes
File:        d:\settings\Desktop\layout_explicit\ConsoleApplication1\ConsoleApplication1\bin\Debug\ConsoleApplication1.exe
Fields:
      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr    Value Name
724d36b4  4000001       14          System.Byte  1 instance       10 b1
724d3c50  4000002        4         System.Int32  1 instance       11 i1
724d36b4  4000003       15          System.Byte  1 instance       12 b2
724d3c50  4000004        8         System.Int32  1 instance       13 i2
724d36b4  4000005       16          System.Byte  1 instance       14 b3
724d3c50  4000006        c         System.Int32  1 instance       15 i3
724d36b4  4000007       17          System.Byte  1 instance       16 b4
724d3c50  4000008       10         System.Int32  1 instance       17 i4

테스트에 따른 결론을 말하면, Sequential은 순서가 보장되지만 Offset 값은 CLR에 의해 고정됩니다. 반면 Explicit은 Sequential의 기능과 함께 Offset 값을 개발자가 제어할 수 있는 기능을 부가하는 차이점이 있을 뿐입니다.

혹시... 제가 잘못 이해하고 있거나 테스트에 뭔가 잘못된 점이 있을까요? ^^