C#使用stackalloc分配堆栈内存和非托管类型详解

时间:2022-12-12 codemissing 人气:0

stackalloc 表达式

stackalloc表达式在栈(stack)上分配内存块。

在方法执行期间创建的栈中分配的内存块会在方法返回时自动丢弃。不能显式释放使用 stackalloc 分配的内存。stackalloc分配的内存块不受垃圾回收的影响，也不必通过 fixed 语句固定。

栈内存，栈内存开辟快速高效但资源有限，通常限制1M。

可以将 stackalloc 表达式的结果分配给以下任一类型的变量：

stackalloc 分配 System.Span<T> 或 System.ReadOnlySpan<T> 类型

int length = 3;
Span<int> numbers = stackalloc int[length];
for (var i = 0; i < length; i++)
{
    numbers[i] = i;
}

将stack分配内存块赋值给 System.Span<T> 或 System.ReadOnlySpan<T> 类型的变量不必使用不安全上下文(unsafe context)。

可以在表达式允许的任何地方使用stackalloc，并且在需要分配内存时，推荐尽可能的使用 Span<T> 或 ReadOnlySpan<T> 类型。

int length = 1000;
Span<byte> buffer = length <= 1024 ? stackalloc byte[length] : new byte[length];

Span<int> numbers = stackalloc[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
var ind = numbers.IndexOfAny(stackalloc[] { 2, 4, 6, 8 });
Console.WriteLine(ind);  // output: 1

stackalloc 分配指针类型

如下示例，对于指针类型，stackalloc表达式只能用于本地变量声明的初始化中。

unsafe
{
    int length = 3;
    int* numbers = stackalloc int[length];
    for (var i = 0; i < length; i++)
    {
        numbers[i] = i;
    }
}

使用指针类型，必须使用不安全上下文(unsafe context)。

stackalloc分配内存的注意点

堆栈可用的内存数量是有限的，如果分配太多内存，则可能发生StackOverflowException异常。因此需要注意以下几点：

限制使用stackalloc分配的内存数量。

例如，如果预期的缓冲区大小低于某个限制，则可以在堆栈上分配内存；否则，请使用所需长度的数组。如下代码所示：

const int MaxStackLimit = 1024;
Span<byte> buffer = inputLength <= MaxStackLimit ? stackalloc byte[MaxStackLimit] : new byte[inputLength];

stack 上可用内存数量取决于代码的执行环境。

避免在循环内部使用stackalloc。在循环外部allocate分配内存块，并在循环内部重用。

新分配内存的内容是未定义的。必须在使用之前初始化。比如，可以使用 Span<T>.Clear 方法设置所有的元素项为类型T的默认值。

也可以使用数组初始化器定义新分配内存的内容。

Span<int> first = stackalloc int[3] { 1, 2, 3 };
Span<int> second = stackalloc int[] { 1, 2, 3 };
ReadOnlySpan<int> third = stackalloc[] { 1, 2, 3 };

非托管类型 Unmanaged type

在定义指针、stackalloc T[n]时，其类型只能是非托管类型。(虽然在使用和形式上，非托管类型与C#的原始类型几乎没有区别，但，还是可以了解下)。

以下类型的属于或也属于非托管类型：

sbyte, byte, short, ushort, int, uint, long, ulong, char, float, double, decimal, or bool
任何 enum 类型
任何 pointer 类型
任何只包含非托管类型字段的用户定义(user-defined)的 struct 类型

使用非托管泛型约束unmanaged，指定类型参数为非指针、不可为空的非托管类型。

仅包含非托管类型字段的构造结构类型（constructed struct type）也是非托管的。如下示例所示，DisplaySize<T>()方法的泛型约束为unmanaged，在调用时Coords<int>、Coords<double>作为非托管类型使用：

using System;
public struct Coords<T>
{
    public T X;
    public T Y;
}
public class UnmanagedTypes
{
    public static void Main()
    {
        DisplaySize<Coords<int>>();
        DisplaySize<Coords<double>>();
    }
    private unsafe static void DisplaySize<T>() where T : unmanaged
    {
        Console.WriteLine($"{typeof(T)} is unmanaged and its size is {sizeof(T)} bytes");
    }
}
// Output:
// Coords`1[System.Int32] is unmanaged and its size is 8 bytes
// Coords`1[System.Double] is unmanaged and its size is 16 bytes

泛型结构Coords<T>可以是非托管和托管构造类型。当然也可以限制为非托管类型，如下：

public struct Coords<T> where T : unmanaged
{
    public T X;
    public T Y;
}

参考

stackalloc expression

Unmanaged types

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