c# - Span 是否可以在没有固定表达式的情况下指向固定大小的缓冲区？

Question

我使用的是 .NET Core 2.1 和语言标准 7.3。我希望在不获取指向它的指针的情况下引用固定缓冲区。目前可以吗？

public unsafe struct InteropStruct
{
    private fixed byte dataField[32];

    public Span<byte> Data
    {
        get
        {
            //return a span referencing the private field without a fixed statement
        }
    }
}

我知道 Span 目前能够通过垃圾回收来跟踪托管数组，所以我没有看到任何东西阻止它以类似的方式跟踪固定缓冲区。

如果不可能，如果我确实使用这样的固定语句会发生什么:

public unsafe struct InteropStruct
{
    private fixed byte dataField[32];

    public Span<byte> Data
    {
        get
        {
            fixed (byte* ptr = dataField)
            {
                return new Span<byte>(ptr, 32);
            }
        }
    }
}

如果结构被包装在堆上的对象或类中，垃圾收集器会成为问题吗？

Answer 1

因此，我以 ILSpy'ing .NET 程序集的形式进行了一些研究，并在 .NET Core 2.1 上进行了一些测试。我的测试结果如下:

    interface ITest
    {
        Span<byte> Data { get; }
    }

    unsafe struct TestStruct : ITest
    {
        fixed byte dataField[8];

        public Span<byte> Data
        {
            get
            {
                //Unsafe.AsPointer() to avoid the fixed expression :-)
                return new Span<byte>(Unsafe.AsPointer(ref dataField[0]), 8);
            }
        }
    }

    class Program
    {
        //Note: This test is done in Debug mode to make sure the string allocation isn't ommited
        static void Main(string[] args)
        {
            new string('c', 200);

            //Boxes the struct onto the heap.
            //The object is allocated after the string to ensure it will be moved during GC compacting
            ITest HeapAlloc = new TestStruct();

            Span<byte> span1, span2;

            span1 = HeapAlloc.Data; //Creates span to old location

            GC.Collect(2, GCCollectionMode.Forced, true, true); //Force a compacting garbage collection

            span2 = HeapAlloc.Data; //Creates span to new location

            //Ensures that if the pointer to span1 wasn't updated, that there wouldn't be heap corruption
            //Write to Span2
            span2[0] = 5;
            //Read from Span1
            Console.WriteLine(span1[0] == 5); //Prints true in .NET Core 2.1, span1's pointer is updated
        }
    }

我从对 IL 的研究中学到的东西，如果我没有正确解释这一点，请原谅我:

.NET Core 的 2 Field Span:

//Note, this is not the complete declaration, just the fields
public ref readonly struct Span<T>
{
    internal readonly ByReference<T> _pointer;
    private readonly int _length;
}

.NET Framework 的 3 个字段跨度:

//Same note as 2 Field Span
public ref readonly struct Span<T>
{
    private readonly Pinnable<T> _pinnable;
    private readonly IntPtr _byteOffset;
    private readonly int _length;
}

.Net Core 使用的是 Span 的 2 字段模型。由于 .NET Framework 使用 3 字段模型，它的指针将不会更新。原因？ Span<T>(void* pointer, int length) 3 个字段跨度的构造函数(我为此使用的)设置了 _byteOffset带有 pointer 的字段争论。 GC 更新的 3 字段范围内的指针是 _pinnable field 。对于 2 字段 Span，它们是相同的。

所以，我的问题的答案是，是的，我可以使用或不使用固定语句将 Span 指向固定缓冲区，但是在不使用 .NET Core 的 2 字段 Span 模型时这样做是很危险的。如果我对 .NET Framework 的当前 Span 模型有误，请纠正我。