C# 中的 Stackalloc

编程世界因高性能程序中产生的每一字节和 CPU 周期而闻名。在这种情况下，了解并利用编程工具提供的最新功能是非常有帮助的。毫无疑问，C# 在创建健壮的 stackalloc 功能方面发挥了重要作用，该功能用于在堆栈上分配内存。

Stackalloc 简介

在最开始就解决核心问题是 stackalloc。更简单地说，它是 C# 中的一个关键字，有助于将内存放置在堆栈上而不是堆上。它可能看起来并不那么重要，直到我们考虑到它对显著影响性能的程序产生的有害影响。

堆栈 vs. 堆

在大多数编程语言（包括C#）中，内存通常从两个位置之一分配：堆栈或堆。

• 堆栈：堆栈是系统用于动态内存分配的内存区域。由于它采用 LIFO（后进先出）方法运行，因此最先添加的元素应该最先被移除。返回地址、函数参数以及堆栈的缺失是经常存储在堆栈上的一些数据。
• 堆：一方面，连续内存是用于分配动态内存的区域。另一方面，堆是用于动态内存分配的区域。在使用堆内存的应用程序的情况下，程序员可以随机进行内存分配和释放。

理解 C# 中的 Stackalloc

我们已经以这种精确的方式移动了 stackalloc。我们基本上是在要求编译器创建堆栈内存，将其放在堆栈上，无论您如何选择使用 stackalloc。这种内存消除了手动维护堆的繁琐过程，因为块的作用域会自动分配。

Stackalloc 的好处

Stackalloc 在 C# 中的几个关键优势如下：

• 性能：与堆相比，堆栈分配和去分配的开销较小。堆栈上的这些操作更快。这是因为计算机内存中的堆栈高度优化，具有快速内存和固定大小的分配机制。
• 减少垃圾回收开销：在 C# 中，垃圾回收器会处理在堆栈上分配的内存。通过 stackalloc，我们可以减少由垃圾回收器管理的内存，从而可以获得更好的整体内存性能。
• 可预测的内存使用：Stackalloc 是一种为特定代码块在其当前活动期间分配内存的机制。由于 stackalloc 在块退出时会自动释放，因此我们对内存使用有了更多的控制，从而降低了内存泄漏的风险。

何时使用 Stackalloc

虽然 stackalloc 提供了可观的性能提升，但它不能被视为一种通用的解决方案，在某些情况下，最好使用堆分配来分配内存。以下是一些指导方针：

• 小型、短暂的对象：Stackalloc 最适合小型、短暂的对象。鉴于堆存储区域有限，一旦对大型数据对象使用 stackalloc，就无法容纳它们。
• 性能关键代码：如果目标是使用强大的工具来优化内存分配，并且代码函数受到可用 CPU 周期最大化的压力测试，则可以优先使用 stackalloc。
• 避免垃圾回收：如果我们担心垃圾回收的成本并希望更好地控制内存分配，stackalloc 可以作为一种优化反模式，使我们不必依赖垃圾回收器。

示例用法

为了更好地理解 stackalloc 的实际工作原理，让我们看一个简单的例子。

输出

Buffer Contents:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 
32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 
48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 
64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 
96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 
112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 
128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 
144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 
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局限性

C# 中 **stackalloc** 的几个限制如下：

• 堆栈大小限制：堆栈的大小有限，在某些情况下，对大型对象进行 stackalloc 可能导致程序抛出堆栈溢出错误。我们需要非常小心地为将要放在堆栈上的对象提供出口，并注意任何可能的过度内存消耗。
• 不安全代码：使用 stackalloc 分配堆栈需要将其标记为 unsafe，因此如果处理不当，可能会在安全漏洞方面产生不良后果。在不满意代码编写技术上应用，并注意验证代码的安全性至关重要。
• 有限的生命周期：在 stackalloc 堆栈之外，内存可用于使用，直到当前块作用域结束。这仅仅意味着我们必须断言在超出其限制的内存的访问权限；否则，我们将遇到意外行为。
• 复杂性：使用 stackalloc 和不安全代码进行编程会使代码库复杂化，并且通常会使其难以管理和排除故障。
• 值得注意的是，stackalloc 带来的效率会因复杂性增加的副作用而受到影响，如果它是性能提升的可选方案。

为了在最小化潜在风险的同时实现 stackalloc

• 分析和测量：在使用 stackalloc 之前，对代码的性能进行分析和评估至关重要，因为只有这样才能确保它能提供可观察的好处。
• 虽然我们可以从假设开始，但事实是，对效率的认真努力必须基于数据支持的结果，而不是假设。
• 仅在性能关键代码中使用：将 stackalloc 的应用限制在表现出高性能优势的代码片段中，并且在这些片段中，收益远远大于风险和潜在的复杂性。对于不需要高性能速度的维护工作，请专注于可读性等元素，并且可以随时进行修改。
• 遵循安全编码实践：为了处理不安全的可写内存访问和 stackalloc 指针，请应用安全编码规则，这可以最大限度地减少安全问题。限制检查边界、防御性编程和安全措施以防止缓冲区溢出和其他常见安全问题。
• 记录和注释：很明显，在代码中注意和注释不安全、不安全的代码和 stackalloc，以便他人更容易跟踪和理解。提供更深入的答案，解释为什么使用 stackalloc，并说明是否存在任何风险或限制。

结论

总之，C# 中的 **stackalloc** 使程序员能够快速地在堆栈上分配内存，从而提高了内存效率。了解何时使用 stackalloc 的主要好处之一是提高 C# 应用程序的性能。虽然在使用 stackalloc 函数时要小心并了解其工作原理，但我们可以安全地使用它而不会面临风险。只有经过深思熟虑，这种 stackalloc 确实可以成为我们自己可用的性能优化工具。