C#中的数组何时分配在堆栈上？

Question

我一直在尝试弄清楚什么时候会在堆栈上分配内存，但我无法想象如何使数组（或其中的值）在堆栈上分配内存；

以这个例子为例：

public void foo()
{
    int bar[] = new int [10];
}

在堆上分配10个int结构体，只有指向它们的指针才会在栈上，是吗？

如何使固定大小的数组放在栈上？如果我正在使用我定义的结构体怎么办？

如果我想要将数组大小作为参数传递给函数呢？

据我所知，当函数被调用时，只要在调用时已知大小，就应该没有问题可以在栈上获取任意大小的数组。

是否应该为此而烦恼？据我所知，将此固定大小数组放在栈上会提高性能，因为不会进行堆分配。

- morowinder

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我应该为此感到烦恼吗？可能不需要。听起来你正在过早地优化和以太低的层次思考。 - mason

stackalloc 可用于强制堆栈分配一定数量的字节。它有其用途，但您应该非常确定您需要它 - 大多数程序（特别是业务应用程序）不需要它。 - xxbbcc

堆栈分配的数组是所有恶意软件攻击中非常大比例的罪魁祸首。 - Hans Passant

Answer 1

10个int结构将在堆上被分配，只有指向它们的指针会在栈上，对吗？

是的，正确。

如何使固定大小数组进入堆栈？如果我正在使用我定义的结构体会怎样？

stackalloc关键字可以实现此目的。但是，它仅在不安全的上下文中起作用，在大多数情况下这是一个不必要的限制因素，并且不值得性能的折衷。

例如：

public void unsafe foo()
{
    int* bar = stackalloc int [10];
}

你将需要使用指针算术来访问数组的成员。

如果我想要将数组大小作为参数传递给函数怎么办？只要在调用函数时知道大小，就应该没有问题在堆栈上获取任意大小的数组。

按预期工作：

public void unsafe foo(int length)
{
    int* bar = stackalloc int [length];
}

我应该被这个困扰吗？据我了解，在堆栈上获取此固定大小数组将改善性能，因为无需执行堆分配。

一般来说，不需要。除非你处理一些非常特定的性能关键场景，比如重型数学计算、加密、压缩等，否则它并没有带来真正的好处。

此外，请参考此问题以了解与性能相关的讨论。

- Ondrej Tucny

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谢谢，我喜欢在Stack Overflow上看到人们对一些琐碎问题给出非常详细的解释。 - morowinder

除了stackalloc之外，您还可以在堆栈上分配固定大小的缓冲区。例如： unsafe struct foo { public fixed int bar[10]; } - Gladclef

Span<T>类型的引入意味着不再需要使用不安全指针。public void foo() { Span<int> bar = stackalloc int[10]; } - EddPorter

在编译时大小未知的情况下，如何可能在堆栈上分配数组？ - Algo

@algo：这是一个问答网站，你说的听起来像是一个问题。但在发出问题之前，建议您仔细思考一下。按照定义，分配直到程序运行时才进行。编译器缺少某些知识为什么会对运行时的行为有影响呢？在提问前，先澄清你的问题。 - Eric Lippert

Answer 2

在评论中提到了这一点，但没有人费心更新任何答案，所以我发表了一个。C#现在有一种特殊的结构类型，非常适合这个目的：

public void foo()
{
    Span<int> bar = stackalloc int [10];
}

摘自文档:

Span是一个ref结构体，在堆栈上分配而不是在托管堆上。 Ref结构类型有许多限制，以确保它们不能被提升到托管堆，包括它们不能被装箱，不能被分配给Object、dynamic或任何接口类型的变量，不能是引用类型中的字段，并且不能跨await和yield边界使用。此外，对两个方法Equals(Object)和GetHashCode的调用会引发NotSupportedException异常。

Span<T> Struct

- James Wilkins