c# - 为什么C#不像C++/CLI那样直接在托管堆中修改字段？

Question

正如我在 Jeffrey Richter 所著的C# via CLR 一书中看到的，在谈到装箱和拆箱/复制操作时，Richter 先生展示了一个演示:

public static void Main() {
    Point p; // Point is a value type defined before
    p.x = p.y = 1;
    Object o = p; // Boxes p; o refers to the boxed instance

    // Change Point's x field to 2
    p = (Point) o; // Unboxes o AND copies fields from boxed
    // instance to stack variable
    p.x = 2; // Changes the state of the stack variable
    o = p; // Boxes p; o refers to a new boxed instance
}

为了改变装箱实例的值，我们需要先拆箱再装箱，性能不是很好。

为了避免我对这本书的误解，下面是作者的原话:

However, in some languages like C++/CLI, they allow you to unbox a boxed value type without copying the fields.Unboxing returns the address of the unboxed portion of a boxed object (ignoring the object’s type object pointer and sync block index overhead). You can now use this pointer to manipulate the unboxed instance’s fields (which happen to be in a boxed object on the heap). For example, the previous code would be much more efficient if written in C++/CLI, because you could change the value of Point’s x field within the already boxed Point instance. This would avoid both allocating a new object on the heap and copying all of the fields twice!

我的问题来了:为什么 C# 不做 C++/CLR 做的事情？是否还有其他一些重要问题阻止 C# 团队进行这种“冗余”设计并使性能不如我们预期的那样好？这种“不自然”行为的背后是什么？

Answer 1

C# 和 C++ 的哲学有些不同。与作为系统编程语言的 C++ 不同，C# 想要使程序员免于处理内存分配和指针，因此它试图隐藏内存管理中涉及的一些细节。在 C# 中，值类型等同于 C++ 中的基本类型和结构。它们只是内存中某处的字节序列。在 C++ 中，您可以轻松地声明一个指向 int 或 struct 的指针，无论它位于何处，但 C# 不允许这样做。这种间接隐藏在装箱/拆箱机制中。

“装箱”大致意思是在堆上创建值类型，并静默返回对这 block 内存的对象引用。拆箱只是颠倒了这种间接性。每当您在需要引用类型的上下文中使用值类型时，装箱/拆箱就会自动发生 - 例如，将整数转换为对象时:

Int32 i4Value = 12345;
Object pValue = (Object) i4Value;

将对象引用转换回整数会自动取消对值的装箱，即将其从堆中复制为正常值。

C++/CLI 团队做了很多魔术来让 C++ 程序员使用低级 C# 功能。这是一个例子。它们利用 C++ 语法让您做一些 C# 程序员甚至不知道的事情，因为它们发生在幕后的某个地方。

坦率地说，尽管我整天都在编写 C++/CLI 代码，但我从来不需要使用 C++/CLI 的这种特殊的装箱/拆箱技巧。但是，在某些情况下肯定没有其他方法 - 例如，当连接一些无法更改的奇怪的第 3 方 C# 组件时，因为没有可用的源代码。