一尘不染

在结构上使用“ new”是否在堆或堆栈上分配它?

c#

当您使用new运算符创建类的实例时,将在堆上分配内存。当您使用new运算符创建结构实例时,在堆或堆栈上分配内存的位置在哪里?


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2020-05-19

共1个答案

一尘不染

好吧,让我们看看是否可以更清楚地说明这一点。

首先,Ash是正确的:问题 在于值类型 变量 的分配位置。那是一个不同的问题-
答案不只是“在堆栈上”。比这要复杂的多(并且在C#2中更加复杂)。我有一篇关于该主题文章,如果需要,将对其进行扩展,但让我们只讨论一下new运算符。

其次,所有这些实际上取决于您所谈论的级别。我正在根据其创建的IL来查看编译器对源代码的处理方式。JIT编译器很有可能会在优化大量“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,所有这些仅与当前的实现有关。C#规范并未对此进行详细说明-
实际上是实现细节。有些人认为托管代码开发人员确实不应该在乎。我不确定是否会走得那么远,但是值得想象一个世界,实际上所有局部变量都存在于堆中-仍然符合规范。


new值类型的运算符有两种不同的情况: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))。这些产生明显不同的IL。要了解原因,您需要比较C#和CLI规范:根据C#,所有值类型都具有无参数构造函数。根据CLI规范,
没有 值类型具有无参数构造函数。(有些时候可以通过反射来获取值类型的构造函数-您将找不到无参数的值。)

对于C#来说,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。对于CLI,以不同的方式考虑它是有意义的,因为没有要调用的实际代码-当然也没有特定于类型的代码。

初始化值后,对值的处理方式也会有所不同。用于的IL

Guid localVariable = new Guid(someString);

与用于以下方面的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),则情况会稍有不同。为了显示所有这些差异,这是一个简短的测试程序。它没有显示出静态变量和实例变量之间的区别:IL
stfld和和之间会有所不同stsfld,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,不包括无关位(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,例如用于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)。在上面的代码中使用它来分配给局部变量。如果使用多个new调用多次为同一个局部变量分配一个值,则它只会在旧值的顶部初始化数据-它 不会 每次分配更多的堆栈空间。
  • initobj:使用已分配的存储位置,仅擦除数据。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,其值被擦除了initobj

我希望这可以显示该主题的复杂性,同时又可以给它带来一些启发。从 某些 概念上讲,每次调用都会new在堆栈上分配空间-
但正如我们所看到的,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)该堆栈仅分配一次,然后重用相同的存储位置。

编辑:请清楚一点,这仅在某些情况下是正确的…特别是,guid如果Guid构造函数抛出异常,则w
的值将不可见,这就是C#编译器能够重用同一堆栈槽的原因。请参阅Eric Lippert
关于值类型构造博客文章,以了解更多详细信息和 适用的情况。

我在编写此答案时学到了很多东西-如果不清楚,请要求澄清!

2020-05-19