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];

有错误

Cannot take the address of, get the size of, or declare a pointer to a managed type ('string')

为什么会这样？为什么 CLR 不能声明指向托管类型的指针？

Answer 1

"problem" 更大：在 C# 中，您不能拥有指向托管类型的指针。如果您尝试编写（在 C# 中）：

string *pstr;

你会得到：

Cannot take the address of, get the size of, or declare a pointer to a managed type ('string')

现在，stackalloc T[num] returns a T*（参见 here），很明显 stackalloc 不能与引用类型一起使用。

您不能拥有指向引用类型的指针的原因可能与 GC 可以在内存中自由移动引用类型（以压缩内存）这一事实有关，因此指针的有效性可能是短.

请注意，在 C++/CLI 中，可以固定引用类型并获取其地址（参见 pin_ptr）

Answer 2

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细微差别。

例如，看下一段代码：

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

程序很容易崩溃。因为 arr 是堆栈分配的，对象 + 它的内存将在 doAsync 结束后立即消失。 lamda 函数仍然指向这个不再有效的内存地址，这是无效状态。

如果您通过引用传递本地基元，也会出现同样的问题。

架构是：
静态对象 -> 存在于整个应用程序时间
本地对象 -> 只要创建它们的 Scope 有效
堆分配的对象（使用 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是按时间段进行的。当一个对象是本地对象时，它应该在函数结束后立即完成，因为在那之后 - 内存将被其他变量覆盖。不能强制 GC 终止对象，或者无论如何也不应该。

不过，好消息是 C# JIT 有时（并非总是）可以确定一个对象可以安全地分配到堆栈上，并且如果可能（同样，有时）将求助于堆栈分配。

另一方面，在 C++ 中，您可以在任何地方声明所有内容，但这与 C# 或 Java 相比安全性较低，但您可以微调您的应用程序并实现高性能 - 低资源应用程序

Answer 3

我认为 Xanatos 发布了正确答案。

无论如何，这不是答案，而是另一个答案的反例。

考虑以下代码：

using System;
using System.Threading;

namespace Demo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            doAsync();
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("Did we finish?"); // Likely this is never displayed.
        }

        public static unsafe void doAsync()
        {
            int n = 10000;
            int* arr = stackalloc int[n];
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(x => {
                Thread.Sleep(1000);

                for (int i = 0; i < n; ++i)
                    arr[i] = 0;
            });
        }
    }
}

如果您运行该代码，它会崩溃，因为堆栈数组是在它的堆栈内存被释放后写入的。

这表明stackalloc不能与引用类型一起使用的原因不仅仅是为了防止这种错误。

Answer 4

.NET 中的即时编译器在将 C# 编译器生成的 MSIL 转换为 executable 机器代码时执行两项重要任务。显而易见的是生成机器代码。不明显且完全不可见的工作是生成一个 table 告诉垃圾收集器在方法执行时发生 GC 时到哪里查找对象引用。

这是必要的，因为对象根不能只存储在 GC 堆中，作为 class 的字段，但也存储在局部变量或 CPU 寄存器。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和存储在那里的变量的类型，以便它可以正确地创建 table。这样，稍后垃圾收集器就可以弄清楚如何读取正确的堆栈帧偏移量或 CPU 寄存器来获取对象根值。指向 GC 堆的指针。

使用 stackalloc 时会出现问题。该语法利用了允许程序声明自定义值类型的 CLR 功能。围绕正常托管类型声明的后门，限制是此值类型不能包含任何字段。只是一块内存，由程序生成适当的偏移量到该块中。 C# 编译器可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功能可以为本机 C++ 对象提供存储。只需要 space 用于存储该对象，如何正确初始化它并访问该 C++ 对象的成员是 C++ 编译器解决的工作。 GC 无需了解任何内容。

所以核心限制是无法为这块内存提供类型信息。就 CLR 而言，这些只是没有结构的普通字节，GC 使用的 table 没有选项来描述其内部结构。

不可避免地，您唯一可以使用的类型是不需要 GC 需要了解的对象引用的类型。 Blittable 值类型或指针。所以 System.String 不行，它是一个引用类型。您可能得到的最接近的 "stringy" 是：

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

进一步的限制是，确保 char* 元素指向固定或非托管字符串完全取决于您。而且你没有索引 "array" 越界。这个不太实用

为什么 stackalloc 不能与引用类型一起使用？

Why stackalloc cannot be used with reference types?

c#

stackalloc