.NET中结构体大小对自动封送的影响及相关问题

我正在开发一个封装非托管C++驱动的C# .NET包装器，核心逻辑是创建包含DllImport入口包装方法的C#类。

该非托管驱动的某函数需要结构体指针，我清楚正确传参方式是使用ref（C#结构体是值类型，默认传值时会复制结构体并完成托管到非托管的封送；而ref会传递结构体的托管地址并自动固定内存，确保非托管代码能正确访问）。

但为做实验，我故意不使用ref，直接传递整个结构体实例。本以为非托管驱动会把这个参数当作指针操作，从而引发内存访问异常，但实际结果却因结构体大小不同而不一致：

• 当结构体仅包含2个uint字段时，程序抛出异常：

  System.AccessViolationException: 'Attempted to read or write protected memory. This is often an indication that other memory is corrupt.'

• 当结构体包含3个uint字段时，程序无异常运行。

我推测这是编译器优化导致：结构体大小未超过某个阈值时按值处理，触发异常；超过阈值时按引用处理，因此无异常，但没找到相关官方文档。

现提出两个问题：

1. 为何结构体含2个uint时抛出异常，含3个时却不抛出？
2. C#不知道非托管函数的真实原型，为何结构体较大时，传递错误参数（比如非托管期望指针却传结构体实例，或期望结构体却传引用）仍能正常运行无异常？

C++ 驱动代码 #

Datatypes.h #

#pragma once

#include"basetsd.h"

typedef struct _TestStruct
{
    UINT32 x;
    UINT32 y;
    UINT32 z;

} TestStruct;

main.cpp #

#include<iostream>
#include"main.h"
#include"basetsd.h"
#include"Datatypes.h"

using namespace std;

int foo(TestStruct p, TestStruct *p2)
{
    p2->x = 10;
    p.x = 11;

    cout << "p address  0x" << &p << endl;
    cout << "p2 value   0x" << &(*p2) << endl;
    cout << "p2 address 0x" << &p2 << endl;

    while (1);

    return 0;
}

main.h #

#pragma once

#include"Datatypes.h"

#ifdef _EXPORTING
#define DECLSPEC __declspec(dllexport)
#else
#define DECLSPEC __declspec(dllimport)
#endif


#ifdef __cplusplus
extern "C" {  // only need to export C interface if
    // used by C++ source code
#endif

DECLSPEC int foo(TestStruct p, TestStruct *p2);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

C# 包装器代码 #

wrapper.cs #

using System.Runtime.InteropServices;

namespace Wrapper
{
    public struct WTestStruct
    {
        public uint x;
        public uint y;
        public uint z;
        public uint c;
    }

    internal class wrapper
    {
        [DllImport("Driver.dll", EntryPoint = "foo", CallingConvention=CallingConvention.Cdecl)]
        public static extern int Foo(WTestStruct p, ref WTestStruct p2);
    }
}

main.cs #

using System;

namespace Wrapper
{
    class main
    {
        static void Main()
        {
            WTestStruct p = new WTestStruct();
            p.x = 1;
            p.y = 2;
            p.z = 3;
            p.c = 4;

            wrapper.Foo(p, ref p);

            Console.WriteLine("x: {0}", p.x);

            Console.WriteLine("Executed");
        }
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者AntGeorge