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。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，当我已经可以使用 stackalloc 在堆栈上创建数组时。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”是什么样的呢？

Answer 1

该fixed声明仅表示数组内联（固定在结构内部）。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结构体的大小可以存储 10 个整数值。由于结构是值类型，因此它们在堆栈上分配。但是，例如，当将它们存储在引用类型中时，它们也可以复制到堆中。

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

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

上面的代码将编译并且私有Foo实例将存在于托管堆上。

如果没有固定语句（只是一个“普通”int[]），数组的数据将不会存储在结构本身中，而是存储在堆上。该结构仅拥有对该数组的引用。

使用时stackalloc数据分配在堆栈上，并且不能由 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];
    }
}

stackalloc因此，当您绝对希望确保分配的数据不会逃逸到堆中时使用，从而导致抓取收集器的压力增加（这是一个性能问题）。fixed另一方面主要用于与本机C/C++库的互操作场景，本机库可能由于某种原因使用内联缓冲区。因此，当从本机世界调用以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（因此该语句fixed存在）。使用的另一个原因fixed是内联结构中的数据，这可以在 CPU 访问它时实现更好的缓存，因为它可以一次性读取所有数据，而Foo无需取消引用引用并跳转内存来访问某些数据。数组存储在其他地方。