我想在C#中在堆栈上分配一个对象

Question

假设我有这个 C# 类：

public class HttpContextEx
{
    public HttpContext context = null;
    public HttpRequest req = null;
    public HttpResponse res = null;
}

如何在函数内声明一个对象，使其分配在栈上而不是堆上？
换句话说，我想避免使用'new'关键字。以下代码是错误的：

HttpContextEx ctx = new HttpContextEx(); // << allocates on the heap!

我非常清楚栈和堆是什么，并且听说过C#的优秀垃圾回收机制，但我坚持将这个只是用于方便的小对象分配到栈上。

这种态度来自于C ++（我的主要工具），所以我不能忽略它，我的意思是这真的破坏了我的乐趣（：

- Poni

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你也得学会用 C# 思考。 - PostMan

@Poni：那么你可能应该只写C#，而不是试图用C#写C++。我其实不太明白问题出在哪里，但C#/.NET被设计成这样是有原因的。 - eldarerathis

创建 HttpContextEx 的目的是什么呢？现有的 HttpContext 类已经提供了 Request 和 Response 属性。 - John Rasch

@John Rasch 当我可以只传递一个好的对象时，我在传递相同的六个指针给12个以上的函数时会变得懒惰。 - Poni

简而言之 - 我无法知道这些答案会出现，如果我知道这些就是答案，我就不会问了，对吧？！此外，aqwert的回答才是答案，没有那些“废话”。 - Poni

Answer 1

如果您使用struct将其更改为值类型，并在方法体内创建一个新实例，则会在堆栈上创建它。但是，由于成员是引用类型，因此它们仍将位于堆上。无论是值类型还是引用类型，语言仍需要使用new运算符，但您可以使用var来消除类型名称的双重使用。

var ctx = new HttpContextEx(); 

否则，就直接使用C#，因为垃圾回收器做得很好。

- aqwert

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"但是您可以使用var来消除类型名称的重复使用" << 这个真让我笑了(: 无论如何，非常清晰明了的答案，感谢您的支持！ - Poni

只是为了让我能够链接这篇 Eric Lippert 写的好文章 - 把值类型放在堆栈上是当前所有运行时的实现细节，但也可能它们也存储在堆上。 (第二部分) - codekaizen

很好的答案。还可以考虑record struct或者带有字段名称的值元组（Value Tuples）。 - StriplingWarrior

Answer 2

你不能（也不应该）那样做。即使你使用struct（会被放在堆栈上），你也必须使用new操作符来处理其中包含的类。说句认真的话，如果你换一种语言，也要换一种态度。

- Femaref

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使用 ValueType 的派生类来进行栈分配只是当前 CLR 实现的一个产物。在规范中并没有要求它必须这样。 - codekaizen

@Poni: 虽然结构体可以很有用，但它们应该是不可变的，并且很小（例如16个字节或更少），因为每次将它们传递到子例程中时，表示对象的整个内存块都会被复制，除非您希望在所有函数参数中使用“ref”。在我五年多的C＃开发经验中，我还没有遇到过需要担心.Net堆栈/堆速度的情况。简而言之，我只声明类并让.Net来处理它，而我专注于应用程序。 - Will

如果这符合你的兴趣，那好吧 - 我只希望（对你来说）它也能符合你雇主的兴趣。 - Femaref

哇，Poni。你愿意承受性能损失来避免C#的最佳实践吗？你知道，在堆栈上分配内存甚至不是你的习惯，而是编译器或运行时的习惯。你只需要声明一个变量，编译器/运行时就会决定把它放在哪里。所以你的意思是...你希望.NET运行时采用你的C++编译器的习惯？ - Qwertie

@Poni：不幸的是，你在这里发表的最后三条评论表明C++已经对你的心理和关于软件抽象思维能力造成了不可逆转的损害。你给出的栈和堆的定义让我的大脑爆炸了。你对底层实现做出了太多的假设。 - Greg D

Answer 3

你一定是C++出身。在.NET中，事情不是那样的。

所有引用类型都分配在托管堆上，由垃圾回收器跟踪。对于函数作用域内的对象引用，如果函数退出得很快，分配的对象可能仅留在托管堆的第0代中，这会导致非常高效的内存收集。托管堆专门用于处理短生命周期的对象，与你所熟悉的C++堆不同，它甚至没有相同的分配策略。

这就是CLR的工作原理。如果你想以另一种方式工作，请尝试使用非托管运行时。

- codekaizen

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不，这是不正确的。所有的引用类型都分配在托管堆上。 - Enigmativity

这是在它被写下时的真实情况。不确定你在这里以低努力评论做出了什么贡献。 - codekaizen

在.NET中从来没有这样的说法。大多数对象都分配在堆上，但还有一个与堆分离的大对象堆（Large Object Heap）。编译器可以自由地进行其他优化，可能会将对象分配到其他地方。 - Enigmativity

Answer 4

在.NET中，类是引用类型，而结构体是值类型。

如果你真的想让这个类型在堆栈上分配，你可以创建一个结构体。然而，有几个原因不建议这样做：

• 结构体的实现更加复杂。除非你有足够的理由去创建一个结构体，否则应该使用类。
• 结构体适用于表示单个单位的类型，而你的类型只是三个独立单位的容器。
• 结构体的大小不应超过16字节以确保效率。在32位系统上，可以满足该限制，但在64位系统上，结构体的大小超出了该限制。
• 要作为值类型正常工作，结构体应该是不可变的，而你的类型不是。

最后，将小对象分配到堆上并没有什么本质的坏处。内存管理器实际上是专门设计来高效处理小而短暂的对象的。

下面是一段示例代码，如果它是一个结构体就不能工作，但如果它是一个类就可以很好地工作：

public void SetContext(HttpContextEx ex) {
  ex.context = HttpContext.Current;
  ex.req = ex.context.Request;
  ex.res = es.context.Response;
}

HttpContextEx ctx = new HttpCoontextEx();
SetContext(ctx);

- Guffa

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关于这段代码，我理解了。如果我加上'ref'关键字，那么就没问题了，是吗？ - Poni

@Poni：你可以使用ref关键字使该代码工作，但是还有其他类似的情况，如果结构没有正确实现，则无法正常工作。 - Guffa

Answer 5

简短的回答是，C#不支持您想要做的事情。

您提到的对象是一个类（引用类型），它还包含作为类类型的成员。类实例的内存位于托管堆中，并不支持使用堆栈来存储类实例。
"...引用类型在堆上分配，并进行垃圾回收..."
https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/design-guidelines/choosing-between-class-and-struct

但是，您可以将类更改为 ref struct，这样至少其成员的引用将位于堆栈上（尽管成员实例将位于堆上）：

public ref struct HttpContextEx
{
    public HttpContext context = null;
    public HttpRequest req = null;
    public HttpResponse res = null;
}

https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/ref-struct

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顺便提一下，C# 栈的额外功能：
https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/operators/stackalloc

- user19497610

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你的回答复杂、曲折、主观、不集中，并且完全偏离了原问题的要点。如果我可以多次投反对票，我会这样做。这个回答太糟糕了。 - Enigmativity

using语句不实现"确定性内存回收"。内存的回收方式与任何其他对象完全相同，除非它使用了非托管内存。using语句实现了"确定性资源回收"，其中资源可以是文件、网络或图形处理程序。 - Enigmativity

using语句不实现"确定性内存回收"。内存的回收方式与任何其他对象完全相同，除非它使用任何非托管内存。using语句实现了"确定性资源回收"，其中资源可以是文件、网络或图形处理程序。 - undefined

除非代码的作者明确编写了这样的调用，否则终结器不会调用.Dispose()方法。在对象被回收时，不能假设.Dispose()方法会被调用。您必须检查源代码/文档或始终显式地调用每个可释放对象的.Dispose()方法。 - Enigmativity

Dispose()和Finalize/destruct的概念分离。明白了，谢谢！ - Coder