.NET初始化struct时是否会将填充字节置零？非托管结构体逐位比较限制分析

问题背景 #

我提出该问题是想要了解对非托管struct执行逐位比较的局限性。

请注意CanCompareBits不仅会校验类型是否为非托管类型（!mt->ContainsPointers()），还会校验类型是否为紧凑打包（!mt->IsNotTightlyPacked）。注意后者为双重否定：其要求类型必须是紧凑打包的。
相关CLR源码如下：

// Return true if the valuetype does not contain pointer and is tightly packed
FCIMPL1(FC_BOOL_RET, ValueTypeHelper::CanCompareBits, Object* obj)
{
    WRAPPER_CONTRACT;
    STATIC_CONTRACT_SO_TOLERANT;

    _ASSERTE(obj != NULL);
    MethodTable* mt = obj->GetMethodTable();
    FC_RETURN_BOOL(!mt->ContainsPointers() && !mt->IsNotTightlyPacked());
}
FCIMPLEND

延伸问题 #

这段代码似乎暗示带填充字节的struct不适合逐位比较，该结论何时成立？原因是什么？
我猜测这和填充字节的初始化逻辑相关，但也可能存在其他影响因素。

回答 #

关于零值初始化是否清零填充字节 #

.NET对struct做零值初始化时，会把该实例占用的全部内存空间统一清零，其中也包含所有填充字节，这个场景下填充字节的内容是确定的全0值。

带填充字节的struct不适合逐位比较的原因 #

填充字节的不确定性并不来自零值初始化，而是来自赋值、局部修改、值拷贝等场景：

• CLR规范没有要求JIT编译器在处理struct赋值、字段修改、传值拷贝等操作时，必须覆盖或保留填充字节的内容。多数场景下JIT只会操作有效字段对应的内存区域，填充字节可能残留对应内存位置之前的垃圾数据。
• 实际场景举例：两个同类型的struct实例所有字段值完全相等，但由于赋值过程中填充字节没有被统一覆盖，两者的填充字节可能残留不同的垃圾值，此时逐位比较就会得到「两个实例不相等」的错误结果。

CanCompareBits是CLR内部用来判断是否可以走「逐位比较」快速路径实现ValueType默认Equals方法的校验逻辑，只有当struct没有填充字节时，整个内存块的每一位都对应有效字段内容，逐位比较的结果才和逐字段比较的结果完全一致，否则就必须走逐字段比较的慢路径，规避填充字节的干扰。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Timo