1.應用背景
底端設備有大量網絡報文（字節數組）：心跳報文，數據采集報文，告警報文上報。需要有對應的報文結構去解析這些字節流數據。
2.結構體解析
由此，我第一點就想到了用結構體去解析。原因有以下兩點：
2.1.結構體存在棧中
類屬於引用類型，存在堆中；結構體屬於值類型，存在棧中，在一個對象的主要成員為數據且數據量不大的情況下，使用結構會帶來更好的性能。
2.2.結構體不需要手動釋放
屬於托管資源，系統自動管理生命周期，局部方法調用完會自動釋放，全局方法會一直存在。
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字節對齊
public struct TcpHeartPacket
{
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4)] //結構體內定長數組
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;//數據體
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4)]
public byte[] tail;
}
4.結構體靜態幫助類
主要實現了字節數組向結構體轉換方法，以及結構體向字節數組的轉換方法。
public class StructHelper
{
//// <summary>
/// 結構體轉byte數組
/// </summary>
/// <param name="structObj">要轉換的結構體</param>
/// <returns>轉換后的byte數組</returns>
public static byte[] StructToBytes(Object structObj)
{
//得到結構體的大小
int size = Marshal.SizeOf(structObj);
//創建byte數組
byte[] bytes = new byte[size];
//分配結構體大小的內存空間
IntPtr structPtr = Marshal.AllocHGlobal(size);
//將結構體拷到分配好的內存空間
Marshal.StructureToPtr(structObj, structPtr, false);
//從內存空間拷到byte數組
Marshal.Copy(structPtr, bytes, 0, size);
//釋放內存空間
Marshal.FreeHGlobal(structPtr);
//返回byte數組
return bytes;
}
/// <summary>
/// byte數組轉結構體
/// </summary>
/// <param name="bytes">byte數組</param>
/// <param name="type">結構體類型</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數組長度小於結構體的大小
if (size > bytes.Length)
{
//返回空
return null;
}
//分配結構體大小的內存空間
IntPtr structPtr = Marshal.AllocHGlobal(size);
try
{
//將byte數組拷到分配好的內存空間
Marshal.Copy(bytes, 0, structPtr, size);
//將內存空間轉換為目標結構體
return Marshal.PtrToStructure(structPtr, type);
}
finally
{
//釋放內存空間
Marshal.FreeHGlobal(structPtr);
}
}
}
5.New出來的結構體是存在堆中還是棧中？
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的調試工具查看，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現的。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
- 調用代碼
//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方法將字節流轉化成結構體
tcpHeartPacket = (TcpHeartPacket)StructHelper.BytesToStuct(ReceviveBuff, tcpHeartPacket.GetType());
從對應的IL代碼可以看出只是initobj，並沒有newobj，其中newobj表示分配內存，完成對象初始化；而initobj表示對值類型的初始化。
-
newobj用於分配和初始化對象；而initobj用於初始化值類型。因此，可以說，newobj在堆中分配內存，並完成初始化；而initobj則是對棧上已經分配好的內存，進行初始化即可，因此值類型在編譯期已經在棧上分配好了內存。
-
newobj在初始化過程中會調用構造函數；而initobj不會調用構造函數，而是直接對實例置空。
-
newobj有內存分配的過程；而initobj則只完成數據初始化操作。
initobj 的執行結果是，將tcpHeartPacket中的引用類型初時化為null，而基元類型則置為0。
綜上，new 結構體（無參情況）是放在棧中的，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;
}
調用如下：
//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（調用）ctor（結構體的構造函數），而下面的new類則直接就是newobj，實例化了一個對象存到堆空間去了。
綜合5.1,5.2表明結構體的new確實是存在棧里的，而類的new是存在堆里的。
6.性能測試
測試結果如下：
使用結構體解析包需要幾十個微妙，其實效率還是很差的。我用類封裝成包，解析了，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[]字節數組，而字節數組本身需要在堆里開辟空間；
- 該方法進行了裝箱拆箱操作；
- 分配內存在堆上，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試——以封裝網絡心跳包為例
當數據比較大的時候，結構體這種數據復制機制會帶來較大的開銷。也難怪微軟給出的准則中有一條：“當類型定義大於16字節時不要選用struct”。最終我也選擇了類來封裝以太網包的解析，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試——以封裝網絡心跳包為例》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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