小编典典

在结构上使用“new”是否会在堆或堆栈上分配它?

all

当您使用运算符创建类的实例时new,内存会在堆上分配。当您使用运算符创建结构的实例时,new内存在哪里分配,在堆上还是在堆栈上?


阅读 222

收藏
2022-04-20

共1个答案

小编典典

好吧,让我们看看我是否可以更清楚地说明这一点。

首先,Ash 是对的:问题 在于值类型 变量 的分配位置。这是一个不同的问题——答案不仅仅是“在堆栈上”。它比这更复杂(C# 2
使它变得更加复杂)。我有一篇关于该主题的文章,如果需要,我会对其进行扩展,但我们只处理new操作员。

其次,这一切真的取决于你在说什么级别。我正在查看编译器对源代码的处理,就它创建的 IL 而言。JIT
编译器很可能会在优化大量“逻辑”分配方面做一些聪明的事情。

第三,我忽略了泛型,主要是因为我实际上并不知道答案,部分是因为它会使事情变得过于复杂。

最后,所有这些都只是当前的实现。C#
规范没有详细说明这一点——它实际上是一个实现细节。有些人认为托管代码开发人员真的不应该关心。我不确定我会走那么远,但值得想象一个实际上所有局部变量都存在于堆上的世界——这仍然符合规范。


值类型上的运算符有两种不同的情况new:您可以调用无参数构造函数(例如new Guid())或有参数构造函数(例如new Guid(someString))。这些产生显着不同的IL。要了解原因,您需要比较 C# 和 CLI 规范:根据
C#,所有值类型都有一个无参数构造函数。根据 CLI 规范, 没有
值类型具有无参数构造函数。(有时会通过反射获取值类型的构造函数——你不会找到无参数的构造函数。)

C# 将“用零初始化值”视为构造函数是有意义的,因为它使语言保持一致——您可以将其new(...)视为 始终 调用构造函数。CLI
以不同的方式思考它是有意义的,因为没有真正的代码可以调用——当然也没有特定于类型的代码。

在初始化它之后,您将如何处理该值也会有所不同。IL 用于

Guid localVariable = new Guid(someString);

与用于以下的 IL 不同:

myInstanceOrStaticVariable = new Guid(someString);

此外,如果将该值用作中间值,例如方法调用的参数,则情况再次略有不同。为了显示所有这些差异,这里有一个简短的测试程序。它没有显示静态变量和实例变量之间的区别:IL
在 和 之间会有所不同stfldstsfld但仅此而已。

using System;

public class Test
{
    static Guid field;

    static void Main() {}
    static void MethodTakingGuid(Guid guid) {}


    static void ParameterisedCtorAssignToField()
    {
        field = new Guid("");
    }

    static void ParameterisedCtorAssignToLocal()
    {
        Guid local = new Guid("");
        // Force the value to be used
        local.ToString();
    }

    static void ParameterisedCtorCallMethod()
    {
        MethodTakingGuid(new Guid(""));
    }

    static void ParameterlessCtorAssignToField()
    {
        field = new Guid();
    }

    static void ParameterlessCtorAssignToLocal()
    {
        Guid local = new Guid();
        // Force the value to be used
        local.ToString();
    }

    static void ParameterlessCtorCallMethod()
    {
        MethodTakingGuid(new Guid());
    }
}

这是该类的 IL,不包括不相关的位(例如 nops):

.class public auto ansi beforefieldinit Test extends [mscorlib]System.Object    
{
    // Removed Test's constructor, Main, and MethodTakingGuid.

    .method private hidebysig static void ParameterisedCtorAssignToField() cil managed
    {
        .maxstack 8
        L_0001: ldstr ""
        L_0006: newobj instance void [mscorlib]System.Guid::.ctor(string)
        L_000b: stsfld valuetype [mscorlib]System.Guid Test::field
        L_0010: ret     
    }

    .method private hidebysig static void ParameterisedCtorAssignToLocal() cil managed
    {
        .maxstack 2
        .locals init ([0] valuetype [mscorlib]System.Guid guid)    
        L_0001: ldloca.s guid    
        L_0003: ldstr ""    
        L_0008: call instance void [mscorlib]System.Guid::.ctor(string)    
        // Removed ToString() call
        L_001c: ret
    }

    .method private hidebysig static void ParameterisedCtorCallMethod() cil  managed    
    {   
        .maxstack 8
        L_0001: ldstr ""
        L_0006: newobj instance void [mscorlib]System.Guid::.ctor(string)
        L_000b: call void Test::MethodTakingGuid(valuetype [mscorlib]System.Guid)
        L_0011: ret     
    }

    .method private hidebysig static void ParameterlessCtorAssignToField() cil managed
    {
        .maxstack 8
        L_0001: ldsflda valuetype [mscorlib]System.Guid Test::field
        L_0006: initobj [mscorlib]System.Guid
        L_000c: ret 
    }

    .method private hidebysig static void ParameterlessCtorAssignToLocal() cil managed
    {
        .maxstack 1
        .locals init ([0] valuetype [mscorlib]System.Guid guid)
        L_0001: ldloca.s guid
        L_0003: initobj [mscorlib]System.Guid
        // Removed ToString() call
        L_0017: ret 
    }

    .method private hidebysig static void ParameterlessCtorCallMethod() cil managed
    {
        .maxstack 1
        .locals init ([0] valuetype [mscorlib]System.Guid guid)    
        L_0001: ldloca.s guid
        L_0003: initobj [mscorlib]System.Guid
        L_0009: ldloc.0 
        L_000a: call void Test::MethodTakingGuid(valuetype [mscorlib]System.Guid)
        L_0010: ret 
    }

    .field private static valuetype [mscorlib]System.Guid field
}

如您所见,有许多不同的指令用于调用构造函数:

  • newobj:在堆栈上分配值,调用参数化构造函数。用于中间值,例如分配给字段或用作方法参数。
  • call instance:使用已分配的存储位置(无论是否在堆栈上)。这在上面的代码中用于分配给局部变量。如果使用多次new调用多次为同一个局部变量赋值,它只会在旧值的顶部初始化数据——它 不会 每次都分配更多的堆栈空间。
  • initobj:使用已分配的存储位置并擦除数据。这用于我们所有的无参数构造函数调用,包括那些分配给局部变量的调用。对于方法调用,有效地引入了一个中间局部变量,其值由initobj.

我希望这能说明这个话题是多么复杂,同时也能对它有所启发。在 某些 概念意义上,每次调用都会new在堆栈上分配空间——但正如我们所见,即使在 IL
级别,这也不是真正发生的情况。我想强调一个特殊情况。采取这种方法:

void HowManyStackAllocations()
{
    Guid guid = new Guid();
    // [...] Use guid
    guid = new Guid(someBytes);
    // [...] Use guid
    guid = new Guid(someString);
    // [...] Use guid
}

“逻辑上”有 4 个堆栈分配 - 一个用于变量,一个用于三个new调用中的每一个 -
但实际上(对于该特定代码)堆栈只分配一次,然后重复使用相同的存储位置。

编辑:为了清楚起见,这仅在某些情况下是正确的......特别是,guid如果构造函数抛出异常,则值将不可见Guid,这就是 C#
编译器能够重用相同堆栈槽的原因。

我在写这个答案时学到了很多东西 - 如果有任何不清楚的地方,请要求澄清!

2022-04-20