C# 内存管理和指针 (13)

本章要点

• 运行库在栈和堆上分配空间
• 垃圾回收
• 使用析构函数 和 SYstem.IDisposable 接口来释放非托管的资源
• C#中使用指针的语法
• 使用指针实现基于栈的高性能数组

值类型数据

程序第一次开始运行时，栈指针指向为栈保留的内存块末尾。栈实际是从高内存地址向低内存地址填充的，向下填充。当数据入栈后，栈指针就会随之调整，以始终指向下一个空间存储单元。

引用数据类型

虽然栈有非常高的性能，但它没有灵活到可以用于所有的变量（引用类型）。引用类型，用 new 运算符请求分配存储空间，存放托管堆的。

Custormer arabel = new Custormer();

arabel  仅是一个引用。占用 4个字节空间。

当一个引用变量超出作用域时，它会从栈中删除，但引用的对象数据仍保留在堆中，一直到垃圾回收器删除它 或 程序终止，它才会被删除。

垃圾回收

在垃圾回收器运行时，它会从堆中删除不在引用所有对象。在完成删除操作后，堆会立即把对象分散开来，与已经释放的内存混合一起。

托管堆，在其新对象分配内存就称为一个很难处理的过程，运行库必须搜索整个堆，才能找到足够大的内存块来存储每个新对象。

垃圾回收器释放了所有的对象，就会把其他对象移动回堆的端部，再次形成一个连续的内存块。因此，堆可以继续像栈那样确定在什么地方存储新对象。当然移动对象时，这些对象的所有引用都需要用正取的新地址来更新，但垃圾回收器也会处理更新问题。

垃圾回收器的压缩操作是托管的堆与非托管的旧堆的区别所在。使用托管的堆，只需要读取指针的值即可，而不需要遍历地址的链表，来查找一个地方来放置新数据。

调用 System.GC.Collect() 方法，强迫来及回收器在代码的某个地方运行，System.GC 类是一个表示垃圾回收器的 .NET 类，Collect() 方法 启动一个来及回收过程。GC类适用的场合很少，例如，代码中有大量的对象刚刚取消引用，就适合调用垃圾回收器。

垃圾回收器的逻辑不能保证在一次垃圾收集过程中，所有未引用的对象都从堆中删除。

创建对象时， 会把这些对象放在托管堆上。 堆的第一部分称为第0代。 创建新对象时， 会把它们移动到堆的这个部分中。 因此， 这里驻留了最新的对象。对象会继续放在这个部分， 直到垃圾回收过程第一次进行回收。 这个清理过程之后仍保留的对象会被压缩， 然后移动到堆的下一部分上或世代部分 一 第1代对应的部分。

此时， 第0代对应的部分为空， 所有的新对象都再次放在这一部分上。 在垃圾回收过程中遗留下来的旧对象放在第1代对应的部分上。 老对象的这种移动会再次发生。接着重复下一次回收过程。这意味着 第1代中在垃圾回收过程中遗留下来的对象会移动到堆的第2代， 位于第0代的对象会移动到第1代， 第0代仍用于放置新对象。

在给对象分配内存空间时，如果超出了第0代对应的部分的容量，或者调用 GC.Collect() 方法，就会进行垃圾回收。

这个过程极大地提高了应用程序的性能。一般而言，最新的对象通常是可以回收的对象，而且可能也会回收比较新的对象。如果这些对象在堆中的位置是相邻的，垃圾回收过程就会更快。另外，相关的对象相邻放置也会使程序执行得更快。

在.NET中，垃圾回收提高性能的另一个领域是架构处理堆上较大的对象的方式。在.NET下，较大对象有自己的托管堆，称为大对象堆。使用大于85000个字节的对象时，它们就会放在这个特殊的堆上，而不是主堆上。.NET 应用程序不知道两者的区别，因为这是 自动完成的。其原因是在堆上压缩大对象时比较昂贵的，因此驻留在大对象堆上的对象不执行压缩过程。

在进一步改进垃圾回收过程后，第二代和大对象堆上的回收现在放在后台线程上进行。这表示，应用程序线程仅会为第0代和第1代的回收而阻塞，减少了总暂停时间，对于大型服务器应用程序尤其如此。服务器好工作站默认打开这个功能。要关闭该功能，可以在配置文件中把<gcConcurrent>元素设置为false。

　  有助于提高应用程序性能的另一个优化是垃圾回收的平衡，它专用于服务器的垃圾回收，服务器一般有一个线程池，执行大致相同的工作。内存分配在所有线程上都是类似的。对于服务器，每个逻辑服务器都有一个垃圾回收堆。其中一个堆用尽了内存，触发了垃圾回收过程时，所有其他队也可能得益于垃圾的回收。如果一个线程使用的内存远远多于其他线程，导致垃圾回收，其他线程可能不需要垃圾回收，这就不是很高效。垃圾回收过程会平衡这些堆-----小对象堆和大对象堆。进行这个平衡过程，可以减少不必要的回收。

为了利用包含大量内存的硬件，垃圾回收过程添加了GCSettings.LatencyMode 属性。把这个属性设置为 GCLatencyMode枚举的一个值，可以控制垃圾回收器进行回收的方式。

GCLatencyMode的设置

Batch	禁用并发设置，把来及回收设置为最大吞吐量。这会重写配置设置
Interactive	默认行为
LowLatency	保守的垃圾回收。只有系统存在内存压力时，才进行完整的回收。只应用于较短时间，执行特定的操作
SustainedLowLatency	只有系统存在内存压力时，才进行完整的内存块回收

LowLatency 设置使用的时间应为最小值，分配的内存量应尽可能小。如果不小心，就可能出现溢出内存错误。

为了使用64位机器的高内存量，添加了<gcAllorVeryLargeObjects>配置配置。它允许创建大于2GB的对象。这对32位机器没有影响，32位机器仍有2GB的限制。

释放非托管的资源

那些对象所有引用只要超出作用域，并允许垃圾回收时，它就会在需要时，释放内存。但是垃圾回收器不知道如何释放非托管的资源。在定义类时，需要实现两种机制，来实现垃圾回收。

• 声明析构函数（或终结器），作为类的一个成员
• 在类中实现 System.IDisposable 接口

析构函数

在底层的.NET体系结构中，这些函数称为终结器（finalizer）。在C#中定义析构函数时，编译器发送给程序集的实际上是Finalize()方法。它不会影响源代码，但如果需要查看程序集的内容，就应知道这个事实。

class StaticClass
{
    public StaticClass()
    {
    }

    // 析构函数
    ~StaticClass()
    {

    }
}

C#编译器在编译析构函数时，它会隐式地把析构函数的代码编译为等价 Finalize() 方法的代码，从而确保执行父类的 Finalize() 方法。下面列出了等价于编译器为 MyClass析构函数生成的IL的c#代码

class StaticClass
{
    public StaticClass()
    {
    }

    // 析构函数
    protected override void Finalize()
    {
        return base.Finalize();
    }
}

由于使用C#时垃圾回收器的工作方式，无法确定C#对象的析构函数何时执行，所以不能在析构函数中放置需要在某一时刻运行的代码，也不应寄望于析构函数会以特定顺序对不同类的的实例调用。如果对象占用了宝贵而重要的资源，应尽快释放这些资源，此时就不能等待垃圾回收器来释放了。

C#析构函数的实现会延迟对象最终从内存删除的时间，没有析构函数的对象会在垃圾回收器的一次处理中从内存中删除，但有析构函数的对象需要两次处理才能销毁：第一次调用析构函数时，没有删除对象，第二次调用才真正删除对象。另外，运行库使用一个线程来执行所有对象的 Finalize() 方法。如果频繁使用析构函数，而且使用它们执行长时间的清理任务，对性能影响就会非常显著。

IDisposeable接口

在C#中，推荐使用 System.IDisposeable 接口替代析构函数。IDisposeable 接口定义了一种模式（具有语言级的支持），该模式为释放非托管的资源提供了确定的机制，并避免产生析构函数固有的与垃圾回收器相关的问题。IDisposeable 接口声明了一个 Dispose() 方法，它不带参数，返回 void。

class MyClass : IDisposable
{
    public void Dispose()
    {

    }
}

Dispose() 方法的实现代码显式地释放由对象直接使用的所有非托管资源，并在所有也实现 IDisposeable 接口的封装对象上调用 Dispose() 方法。这样，Dispose() 方法为和是释放非托管资源提供了精确的控制。

 MyClass myClass = new MyClass();
 myClass.Dispose();

还可以使用 using 关键字。

C#提供一种语法，确保在实现IDisposeable接口的对象的引用超出作用域时，在该对象上自动调用Dispose()方法。 该关键字在完全不同的环境下，它与名称空间没有关系。

using ( MyClass myClass = new MyClass() )
{

}

它与try块生成等价的IL代码：

MyClass theInstance = null;
try
{
    theInstance = new MyClass();
}
finally
{
    if (theInstance != null)
    {
        theInstance.Dispose();
    }
}

using语句的后面是一对圆括号，其中是引用变量的声明和实例化，该语句使变量的作用域限定在随后的语句块中。在变量超出作用域时，即使出现异常，也会自动调用其 Dispose() 方法。然而，如果已经使用 try 块来捕获其他异常，就会非常清晰，如果避免使用using语句，仅在已有的try块的 finally子句中调用 Dispose() 方法，还可以避免进行额外的代码缩进。

对于某些类，使用Close()方法要比 Dispose() 方法更富有逻辑性。如处理文件或数据库连接时，就是这样。Close()方法调用Dispose()方法。这种方法在类的使用上比较清晰，还支持C#提供的using语句。

实现IDisposeable接口 和 析构函数

一般情况下， 最好的方法是实现两种机制，获得两种机制的优点，克服其缺点。假定大多数程序员都能正确调用 Dispose() 方法，同事把实现析构函数作为一种安全机制，以防没有调用Dispose()方法。

using System;

public class ResourceHolder : IDisposable
{
    // 成员变量表示对象是否已被清理，并确保不试图多次清理成员变量。
   private bool isDisposed = false;

   public void Dispose()
   {
      Dispose(true);
        // GC类表示垃圾回收器
        // SuppressFinalize方法则告诉垃圾回收器有一个类不再需要调用其析构函数了，因为Dispose()方法已经完成了所有需要的清理工作，所以析构函数不需要做任何工作。调用SuppressFinalize()方法就意味着垃圾回收器认为这个对象根本没有析构函数。
        GC.SuppressFinalize(this);
   }

    // 重载 Dispose方法
   protected virtual void Dispose(bool disposing)
   {
      if (!isDisposed)
      {
         if (disposing)
         {
            // Cleanup managed objects by calling their
            // Dispose() methods.
         }
         // Cleanup unmanaged objects
      }
      isDisposed = true;
   }

   ~ResourceHolder()
   {
      Dispose (false);
   }

   public void SomeMethod()
   {
        // 确保在执行实例方法之前，测试对象是否已清理
        // 这个方法不是线程安全的，需要调用者确保在同一时刻只有一个线程调用方法。要求使用者进行同步是一个合理的假定。
      // Ensure object not already disposed before execution of any method
      if(isDisposed)
      {
         throw new ObjectDisposedException("ResourceHolder");
      }

      // method implementation…
   }
}

不安全的代码

有时也需要直接访问内存。例如，由于性能问题，要在外部（非.NET环境）的DLL中访问一个函数，该函数需要把一个指针当做参数来传递（许多Windows API函数就是这样）。

用指针访问内存

引用就是一个类型安全的指针。引用表示对象和数组的变量实际上存储相应数据（被引用者）的内存地址。指针只是一个以与引用相同的方式存储地址的变量。其区别是C#不允许直接访问引用变量中包含的地址。有了引用后，从语法上看，变量就可以存储引用的实际内容。

C#引用主要用于C#语言易于使用，防止用户无意中执行某些破坏内存中内容的操作。另一方面，使用指针，就可以访问实际内存地址，执行新类型的操作。例如，给地址加上4个字节，就可以查看甚至修改存储在新地址中的数据。

下面是使用指针的两个主要原因：

• 向后兼容性----------尽管.NET运行库提供了需要工具，但仍可以调用本地的 Windows API 函数。对于某些操作这可能是完成任务的唯一方式。这些API函数都是用C++或C#语言编写的，通常要求把指针作为其参数。但许多情况下，还可以使用 DllImport 声明，以避免使用指针，例如，使用System.IntPtry 类型。
• 性能        ----------在一些情况下，速度是最重要的，而指针可以提供最优性能。假定用户最多自己在做什么，就可以确保以最搞笑的方式访问或处理数据。但是，注意在代码的其他区域中，不使用指针，也可以对性能进行必要的改进。使用代码配置文件，查找代码中的瓶颈，VS中就包含一个代码配置文件。

使用指针，必须授予代码运行库的代码访问安全机制的高级别信任，否则就不能执行它。在默认的代码访问安全策略中，只有代码运行在本地计算机上，这才是可能的。如果代码必须运行在远程地点，如Internet，用户就必须给代码授予额外的许可，代码才能工作。除非用户信任你和代码，否则他们不会授予这些许可。

指针无法通过 CLR（.NET 公共语言运行库）内存类型安全检查。

用unsafe关键字编写不安全代码

因为使用指针会带来相关的风险，所以C#只允许特别标记的代码块中使用指针。标记代码所用的关键字是unsafe。

unsafe int GetSomeNumber()
{

}

任何方法都可以标记为 unsafe -----无论该方法是否应用了其他修饰符（例如，静态方法、虚方法等）。unsafe 修饰符还会应用到方法的参数上，允许把指针用做参数。还可以把整个类或结构标记为 unsafe ，这表示假设所有的成员都是不安全的。

unsafe class MyClass()
{

}

class MyClass
{
    unsafe int* pX;
}

// 把代码块标记为 unsafe
void MyMethod
{
    unsafe
    {

    }
}

注意，它不能把局部变量标记为 unsafe 。

如果要使用不安全的局部变量，就需要在不安全的方法或语句块中声明和使用它。在使用指针前还有一步要完成。C#编译器会拒绝不安全的代码，除非告诉编译器代码包含不安全的代码块。标记所用的关键字 unsafe 。因为要编译包含不安全代码块的文件 MySource.cs ( 假定没有其他编译器选项)，就要使用下述命令：

csc /unsafe MySource.cs
或者
csc -unsafe MySource.cs 

如果使用 vs 可以在项目属性窗口的 Build 选项卡中 找到 编译器不安全代码的选项。

新版本的VS

指针的语法

把代码块标记为 unsafe 后，就可以使用下面的语法声明指针。

  // 在指针变量名的前面使用前缀来表示这些变量是指针。
  // 符号 * 表示声明一个指针，换言之，就是存储特定类型的变量的地址。

  // 整数型指针
 int* pWidth, pHeight;
  // double 型指针
 double* pResult;
  // 字节型的数据指针
 byte*[] pFlags;

C++开发人员要注意与C#中的语法差异。C#语句中的 "int*pX,pY;" 对应 C++ 语句中的 "int *pX, *pY;" 在c#中 * 符号与类型相关，而与变量名无关。

unsafe
{
    int x = ;
    int* pX, pY;
    pX = &x;
    pY = pX;
    *pY = ;
    System.Console.WriteLine(x);
}

• & 表示 "取地址"，并把一个值数据类型转换为指针，例如，int 转换为 *int 。这个运算符称为 寻址运算符。
• * 表示 "获取地址的内容"， 把一个指针转换为值数据类型（例如 *float 转换为 float）。这个运算符称为 "间接寻址运算符" （有时称为 "取消引用运算符" ）。

首先声明一个整数x，其值是10。接着声明两个整数指针pX和pY。然后把pX设置为指向x（换言之，把pX的内容设置为x的地址）。然后把pX的值赋值予pY，所以pY也指向x。最后，在语句 *pY = 20 中，把值 20 赋予 pY 指向的地址包含的内容。实际上把 x 的内容改为20，因为 pY 指向 x。 注意， pY 和 x 之家没有任何关系，只是此时 pY 指向 存储 x 的存储单元。

进一步理解这个过程。假定 x 存储在栈的存储单元 0x12F8C4 ~ 0x12F8C7 ，既有4个存储单元，因为一个int占用4个字节。因为栈向下分配内存，所以变量pX存储在 0x12F8C0 ~ 0x12F8C3 的位置上，pY存储在 0x12F8BC ~ 0x12F8BF 的位置上。注意，pX 和 pY 也分别占用 4 个字节。这不是因为 int 占用 4个 字节，而是因为在32位处理器上，需要用4个字节存储一个地址。利用这些地址，在执行完上述代码后，栈如以下图所示

这个示例使用int来说明该过程，其中int存储在32位处理器中栈的连续空间上，但并不是所有的数据类型都回存储在连续的空间中，原因是32位处理器最擅长于在4个字节的内存块中检索数据。这中计算机上的内存会分解位4个字节块，在Windows上，每个块有事称为 DWORD，因为这是32位无符号int数在.NET出现之前的名字。这是从内存获取 DWORD 的最高效的方式-----跨越 DWORD 边界存储数据通常会降低硬件的性能。因此， .NET 运行库通常会给某些数据类型填充一些空间，使它们占用的内存是4个倍数。例如 ，short 数据占用两个字节，但如果把一个short 放在栈中，栈指针仍会向下移动4个字节，而不是两个字节，这样，下一个存储在栈中的变量就仍从 DWORD 的边界开始存储。

可以把指针声明为任意一种值类型---任何预定义的类型 uint、int 和 byte ，也可以声明 一个结构。 但不能把指针声明为一个 类 或 数组，因为这么做会使垃圾回收器出现问题。为了正常工作，垃圾回收器需要做的在堆上创建了什么类的实例，它们在什么地方。但如果代码开始使用指针处理类，就很容易破坏堆中 .NET 运行库为垃圾回收器维护的与类相关的信息。在这里，垃圾回收器可以访问的任何数据类型称为托管类型，而指针只能声明为非托管类型，因为垃圾回收器不能处理它们。

指针强制转换为整数类型

指针实际上存储了一个表示地址的整数，因此任何指针中的地址都可以和任何整数类型之间相互转换。指针到整数类型的转换必须是显式指定的，隐式的转换是不允许的。

 unsafe
 {
     // 把指针 pX 中包含的地址强制转换为一个 uint ，存储在变量 y 中。接着把 y 强制转换回一个 int* ,存储在新变量 pD 中。因此 pD 也指向 x 的值。
     int x = ;
     int* pX, pY;
     pX = &x;
     pY = pX;
     *pY = ;
     uint y = (uint)pX;
     int* pD = (int*)y;

     Console.WriteLine(y + "   " + (int)*pD );
 }
 

把指针的值强制转换为整数类型的主要目的是显式它。

可以把一个指针强制转换为任何整数类型，但是因为在32位系统上，一个地址占用4个字节，把指针强制转换为了除了 uint、long 或 ulong 之外的数据类型，肯定会导致溢出错误（int数也可能导致这个问题，因为它的取值范围是 -20亿 ~ 20亿 ，而地址的取值范围是 0 ~ 40亿）。C#用于64位处理器时，一个地址占用8个字节。因此在这样的系统上，把指针强制转换为非 ulong 类型，就可能导致溢出错误。

指针转换时，发生溢出时，即使使用 checked 关键字，也不会抛出异常。 因为 .NET运行库假定，如果使用指针，就必须知道自己要做什么，不必担心可能出现的溢出。

指针类型之间的强制转换

可以在指向不同类型的指针之间进行显示的转换。

byte aByte = ;
byte* pByte = &aByte;
double* pDouble = (double*) pByte;
Console.WriteLine((double)*pDouble);
Console.WriteLine((double)*pByte);

如果要查找指针pDouble指向的 double 值，就会查找包含 1个 byte（aByte）的内存，和一些其他内存，并把它当做包含一个 double 值的内存区域来对待----这不会得到一个有意义的值。但是，可以在类型之间转换，实现 C union 类型的等价形式，或者把指针强制转换为其他类型，例如把指针转换为 sbyte ，检查内存的单个字节。

void 指针

如果不希望指定它指向的数据类型，可以把指针声明为 void ：

unsafe
{
    int* pointerToInt;
    void* pointerToVoid;
    pointerToVoid = (void*) pointerToInt;
}

void指针的主要用途是调用需要 void* 参数的API函数。在C#语言中，使用 void 指针的情况并不是很多。特殊情况下， 如果试图使用 * 运算符取消引用 void 指针，编译器就会标记一个错误。

指针算术的运算

可以给指针加减整数。例如假定有一个 int 指针，要在其值加1。编译器会假定我们要查找int后面的存储单元，因此会给该值加上4个字节，即加上一个int占用的字节数。如果这是一个double指针，加1就表示指针的值加上8个字节，即一个double占用的字节数。只有指针指向 byte 或 sbyte （都是1个字节时），才会给该指针的值加1。

可以对指针使用运算符+、-、+=、-=、++和--，这是运算符右边的变量必须是 long 或 ulong 类型。

不允许对 void 指针执行算术运算。

unsafe
{
    uint u = ;
    uint u2 = ;
    uint* pUint = &u;
    Console.WriteLine((uint)pUint + "    " + (uint)&u + "    " + (uint)*pUint);
    pUint -= ;
    Console.WriteLine("{0}    {1}    {2}", (uint)pUint, (uint)&u2, (uint)*pUint);
}

一般规则是，给类型为T的指针加上数值X，其中指针的值为P，则得到的结果是 P + X *(siezeof(T))。 使用这条规则是要小心。如果给定类型的连续值存储在连续的存储单元中，指针加法就允许在存储单元之间移动指针。但如果类型是 byte 或 char，其总字节数不是4的倍数，连续值就不是默认地存储在连续的存储单元中。

如果两个指针都指向相同的数据类型，则也可以把一个指针从另一个指针中减去。此时，结果是一个long，其值是指针值的差被该数据类型所占用的字节数整除的结果。

 double d1 = ;
 double* pD1 = &d1;
 double* pD2 = pD1 - ;
 Console.WriteLine("{0}      {1}", (uint)pD1, (uint)pD2);
 // 返回数据类型占用
 long mL = pD1 - pD2;
 Console.WriteLine(mL);

sizeof 运算符

size运算符，返回该类型占用的字节数。参数是数据类型的名称。

int size = sizeof(double);
Console.WriteLine(size);

对自己定义的结构使用 sizeof，但此时得到的结果取决于结构中的字段类型。

结构指针：指针成员运算符

结构指针的工作方式与预定义值类型的指针的工作方式完全相同。但是这有一个条件：结构不能包含任何引用类型，这是因为前面介绍的一个限制-----指针不能指向任何引用类型。为了避免这种情况，如果创建一个指针，它指向包含任何引用类型的任何结构，编译器就会标记错误。

unsafe
{
    MyStruct myStruct = new MyStruct();
    MyStruct* pStruct = &myStruct;

    // 通过指针访问成员值
    (*pStruct).X = ;
    (*pStruct).F = 10F;
    Console.WriteLine("{0} {1}", myStruct.X, myStruct.F);

    // C# 提供指针成员访问运算符，简化 写法
    pStruct -> X = ;
    pStruct -> F = 12F;
    Console.WriteLine("{0} {1}",myStruct.X,myStruct.F);
}

成员运算符，C++ 和 C# 作用是一样的。

也可以

MyStruct myStruct = new MyStruct();
MyStruct* pStruct = &myStruct;

long* pL = &(myStruct.X);
float* pF = &(pStruct->F);

类成员指针

MyClass myClass = new MyClass();
myClass.L = ;
myClass.F = 10f;
long* pL = &(myClass.L);
float* pF = &(myClass.F);

尽管 L 和 F 都是非托管类型，但它们嵌入在第一个对象中，这个对象存储在堆上。在垃圾回收的过程中，垃圾回收器会把MyObject移动到内存的一个新单元上，这样 pL 和 pF 就会指向错误的存储地址。由于存在这个问题，因此编译器不允许以这种方式把托管类型的成员的地址分配给指针。

解决办法用 fixed 关键字，它会告诉垃圾回收器，可能有引用某些对象的成员的指针，所以这些对象不能移动。

MyClass myClass = new MyClass();
myClass.L = ;
myClass.F = 10f;

fixed (long* pL = &(myClass.L))
fixed (float* pF = &(myClass.F))
{

}

在关键字 fixed 后面的圆括号中，定义和初始化指针变量。这个指针变量的作用域是花括号标识的 fixed 块。这样， 垃圾回收器就知道，在执行 fixed 块中的代码时，不能移动 myClass 对象。

MyClass myClass = new MyClass();
fixed (long* pObject = &(myClass.L))
{

}

fixed (long* pObject1 = &(myClass.L))
fixed (float* pObject2 = &(myClass.F))
{

}

fixed (long* pObject1 = &(myClass.L))
{
    fixed (float* pObject2 = &(myClass.F))
    {

    }
}

fixed (long* pObject1 = &(myClass.L), pObject2 = &(myClass.L2))
{

}

栈的内存块始终占用的字节数总是4的倍数。

使用指针优化性能

创建基于栈的数组

C#很容易支持数组的处理，但也有一个缺点，这些数组都是对象，它们是 Syste.Array 的实例。因此数组存储在堆上，这会增加系统开销。有时，我们希望创建一个使用事件比较短的高性能数组，不希望有引用对象的系统开销。而使指针就可以做到，但指针只对于一维数组比较简单。

为了创建一个高性能的数组，需要使用另一个关键字 stackalloc。stackalloc 命令指示 .NET 运行库在栈上分配一定量的内存。在调用 stackalloc 命令时，需要为它提供两条信息：

• 要存储的数据类型
• 需要存储的数据项数

 // 分配足够的内存，存储10个 decimal
 decimal* pDiDecimals = stackalloc decimal[];

 // 上面命令只分配栈内存。它不会试图把内存初始化为任何默认值，正好符合我们的目的。
 // 因为要创建一个高性能的数组，给它不必要地初始化相应值会降低性能。

stackalloc 后面紧跟要存储的数据类型名（该数据类型必须是一个值类型），之后把需要的项数放在方括号中。分配的字节数是项数乘以sizeof（数据类型）。在这里，使用方括号表示这个一个数组。如果给20个 double 数分配存储单元，就得到了一个有20个元素的double数组，最简单的数组类型是逐个存储元素的内存块。

stackalloc 总是返回分配数据类型的指针，它指向新分配内存块的顶部。要使用这个内存块，可以取消对已返回指针的引用。

 // 分配20个double内存
 double* pDoubles = stackalloc double[];
 // 设置第一个元素 3.0
 *pDoubles = 3.0;
 // 访问第二个元素，直接加 1
 *(pDoubles + ) = 4.0;
 // 那么就可以用表达式 *(pDoubles + X) 访问数组中下标为 X 的元素，一种访问数组中元素的方式。
 // C# 提供另一种语法 p[X] 它会自动被编译器解释为 *(p + X) 。

 for (int i = ; i < ; i++)
 {
     Console.WriteLine(*(pDoubles + i));
 }

 pDoubles[] = 5.0;
 pDoubles[] = 8.4;

 for (int i = ; i < ; i++)
 {
     Console.WriteLine(pDoubles[i]);
 }

数组的语法应用于指针并不是新东西，它是C 和 C++ 语言的基础部分。

高性能的数组可以用与一般C#数组相同的方式访问，但也有不同。

 double[] doublesArray = new double[];
 // 会出现索引越界错误，但如果使用 stackalloc 就不会
 doublesArray[] = 3.0;

 double* pDoubles = stackalloc double[];
 pDoubles[] = 1.0;

上面代码分配了 20个double类型数的内存，接着把sizeof(double)存储单元的位置加上50*sizeof(double)个存储单元，来保存双精度值。但这个存储单元超出刚才为double数分配的内存区域。谁也不知道这个地址存储了什么数据。最好是只使用某个当前未使用的内存，但所重写的存储单元也有可能是在栈上用于存储其他变量，或者是某个正在执行的方法的返回地址。因此，使用指针获得高性能的同时，也会出现以一些代价，需要确保自己知道在做什么，否则就会抛出非常古怪的运行错误。

QuickArray示例

unsafe
{
    int size = ;
    long* pArray = stackalloc long[size];
    for (int i = ; i < size; i++)
    {
        pArray[i] = i * i;
    }

    for (int i = ; i < size; i++)
    {
        Console.WriteLine("{0} {1}", i, pArray[i]);
    }
}