C#中的Stackalloc与固定大小的缓冲区。有什么区别

Question

就我而言，下面的代码将在堆栈上创建一个数组：

unsafe struct Foo 
{ 
   public fixed int bar[10]; 
}
var foo = new Foo();

stackalloc语句也会做同样的事情：

public void unsafe foo(int length)
{
    Span<int> bar = stackalloc int[length];
}

所以我想知道这些方法有什么区别。此外，固定大小缓冲区的目的是什么呢？每个人都在谈论性能提升，但是我不明白为什么我需要它们，因为我已经可以用stackalloc在堆栈上创建一个数组了。MSDN表示，固定大小的缓冲区用于与其他平台“互操作”。那么这个“互操作”是什么样子呢？

Answer 1

fixed语句只表示数组内联(固定在结构内)。这意味着存储在数组中的数据直接存储在结构中。在您的示例中，Foo结构将具有存储10个整数值所需的大小。由于结构是值类型，所以它们被分配到堆栈上。但是，它们也可以复制到堆中，例如，将它们存储在引用类型中。

class Test1
{
    private Foo Foo = new();
}

unsafe struct Foo
{
    public fixed int bar[10];
}

上面的代码将编译，私有Foo实例将在托管堆上运行。

如果没有固定的语句(只是一个“正常”的int[])，数组的数据将不会存储在结构本身中，而是存储在堆中。该结构将只拥有对该数组的引用。

使用stackalloc时，数据将在堆栈上分配，不能由CLR自动移动到堆中。这意味着stackalloc‘’ed数据将保留在堆栈上，编译器将通过不允许这样的代码来强制这样做：

unsafe class Test1
{
    // CS8345: Field or auto-implemented property cannot be of type 'Span<int>' unless it is an instance member of a ref struct.

    private Span<int> mySpan;

    public Test1()
    {
        // CS8353: A result of a stackalloc expression of type 'Span<int>' cannot be used in this context because it may be exposed outside of the containing method
        mySpan = stackalloc int[10];
    }
}

因此，当您绝对希望确保所分配的数据不能逃逸到堆中时，您将使用stackalloc，这会增加对抓取收集器的压力(这是性能问题)。另一方面，fixed主要用于与本机C/C++库的互操作场景，这些库可能出于某种原因使用内联缓冲区。因此，当从本机世界调用以带有内联缓冲区的结构作为参数的方法时，您必须能够在.NET中重新创建它，否则您将无法轻松地使用本机代码(因此存在fixed语句)。使用fixed的另一个原因是内联您的结构中的数据，这样可以在CPU访问它时提供更好的缓存，因为它可以一次读取Foo中的所有数据，而不必取消引用并跳过内存来访问存储在其他地方的数组。