Stackalloc 与 C# 中固定大小的缓冲区。 有什么不同

Question

就我而言，以下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之间有什么区别。 还有固定大小缓冲区的目的是什么？ 每个人都在谈论性能提升，但我不明白为什么我需要它们，因为我已经可以使用 stackalloc 在堆栈上创建一个数组。 MSDN 说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”是什么样子的呢？

Answer 1

fixed语句仅说明数组已内联（固定在结构体内部）。 这意味着存储在数组中的数据直接存储在您的结构中。 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，因此它们被分配在堆栈上。 然而，它们也可以被复制到堆中，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];
}

上面的代码将被编译并且私有Foo实例将存在于托管堆中。

如果没有固定语句（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 ，数据在堆栈上分配，不能由 CLR 自动移动到堆中。 这意味着堆栈分配的数据保留在堆栈上，编译器将通过不允许这样的代码来强制执行此操作：

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，当您绝对想确保分配的数据不能逃逸到堆中时，您可以使用stackalloc ，从而导致抓取收集器的压力增加（这是一个性能问题）。 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，当从本机世界调用将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，否则您将无法轻松使用本机代码（因此存在fixed语句）。 使用fixed另一个原因是内联结构中的数据，这可以在 CPU 访问它时进行更好的缓存，因为它可以一次性读取Foo中的所有数据，而无需取消引用引用并在内存中跳转访问存储在别处的一些数组。