为什么stackalloc不能与引用类型一起使用？

Question

如果stackalloc与引用类型一起使用，如下所示

var arr = stackalloc string[100];

有一个错误

无法获取托管类型的地址、大小或声明指向托管类型(“字符串”)的指针

为甚麽这样呢？为什么CLR不能声明指向托管类型的指针？

Answer 1

“问题”更大:在C#中，不能有指向托管类型的指针。如果您尝试编写(用C#)：

string *pstr;

你会得到：

无法获取托管类型的地址、大小或声明指向托管类型(“字符串”)的指针

现在，stackalloc T[num]返回一个T* (参见这里)，因此显然stackalloc不能与引用类型一起使用。

不能有指向引用类型的指针的原因可能是GC可以自由地在内存中移动引用类型(以压缩内存)，因此指针的有效性可能很短。

请注意，在C++/CLI中，可以将引用类型引脚并获取其地址(参见ptr)。

Answer 2

.NET中的实时编译器在将C#编译器生成的C#转换为可执行机器代码时执行两项重要任务。显而易见的，可见的是生成机器代码。不明显和完全不可见的任务是生成一个表，该表告诉垃圾收集器在执行方法时查找对象引用的位置。

这是必要的，因为对象根不能仅作为类的字段存储在GC堆中，还可以存储在局部变量或CPU寄存器中。为了正确地完成这项工作，抖动需要知道堆栈帧的确切结构以及存储在其中的变量的类型，这样它才能正确地创建该表。这样，垃圾收集器就可以知道如何读取适当的堆栈帧偏移量或CPU寄存器来获取对象根值。指向GC堆的指针。

当您使用stackalloc时，这是一个问题。该语法利用了允许程序声明自定义值类型的CLR功能。普通托管类型声明的后门，但限制此值类型不能包含任何字段。仅仅是一小块内存，这取决于程序生成适当的偏移到该blob。C#编译器帮助您根据类型声明和索引表达式生成这些偏移量。

在C++/CLI程序中也很常见，相同的自定义值类型特性可以为本机C++对象提供存储。只需要存储该对象的空间，如何正确初始化该对象并访问该C++对象的成员是C++编译器确定的任务。没什么GC需要知道的。

因此，核心限制是无法为这个内存块提供类型信息。就CLR而言，这些只是没有结构的普通字节，GC使用的表没有描述其内部结构的选项。

不可避免的是，您可以使用的唯一类型是不需要GC需要知道的对象引用的类型。闪烁值类型或指针。所以System.String是不允许的，它是一个引用类型.你能得到的最接近的是“严格”：

  char** mem = stackalloc char*[100];

有了进一步的限制，即完全由您来确保char*元素指向固定或非托管字符串。而且你不会索引“数组”超出界限。这不是很实际。

Answer 3

因为C#致力于内存安全的垃圾收集，而不是C++，所以您应该了解内存管理的中性值。

例如，看看下面的代码：

public static void doAsync(){
    var arr = stackalloc string[100];
    arr[0] = "hi";
     System.Threading.ThreadPool.QueueUserWorkItem(()=>{
           Thread.Sleep(10000);
           Console.Write(arr[0]);
     });
}

这个程序很容易崩溃。因为arr是堆栈分配的，所以一旦doAsync结束，对象+它的内存就会消失。lamda函数仍然指向这个无效的内存地址，这是无效的状态。

如果通过引用传递本地原语，也会出现同样的问题。

方案是：

静态对象->存在于整个应用程序定位时间。

只要创建本地对象的作用域是有效的，本地对象->就会存在。

堆分配对象(用new创建)只要有人持有对它们的引用，->就存在。

另一个问题是垃圾收集在时间段内工作。当一个对象是本地的，它应该在函数结束后就完成，因为之后--内存将被其他变量覆盖。GC不能强制完成对象，或者不应该，无论如何。

然而，好的是，C# JIT有时(并不总是)能够确定一个对象是否可以安全地分配到堆栈上，并且如果可能的话也会诉诸堆栈分配(同样，有时)。

另一方面，在C++中，您可以在任何地方声明所有内容，但是这比C#或Java更不安全，但是您可以微调应用程序，实现高性能低资源应用程序。