C#中静态结构体存储在哪里？

编程问答 2022-04-29

问题描述

从this question我了解到

  • 结构可以在堆栈或寄存器中分配，而不是在堆上
  • 如果结构体是堆上引用类型对象的一部分，则结构体也将在堆上

但是一个结构体不是对象的一部分，而是类的静态成员，像这样：

public class Program
{
    public static CustomStructType inst1;
    
    static void Main(string[] args)
    {
        //assigning an instance of value type to the field
        inst1 = new CustomStructType();
    }
}

public struct CustomStructType
{
    //body
}

堆上不会有 Program 的实例。那么结构体将存储在哪里？

这个问题是 this deleted question 的改写版本。该用户已被删除，因此问题和答案随之而来。我还是觉得这个想法很有趣，调试结果更有趣，所以我选择在这里重复一遍。

关于潜在的重复：

  • this question 创建一个类的实例。如前所述，我知道作为对象的一部分存储的结构在堆上。我的代码没有创建类的实例。
  • this question 不管它是否是静态的，都让它保持打开状态，答案是“不，如果你在 Main 内部这样做，一般来说，它不会在堆上分配。”
  • this question 有 Jon Skeet 的一个很好的答案，它说每个 new 在堆栈上分配空间。

解决方法

也许你错过了：Eric Lippert 在旁注中提到过：

[...] 和静态变量存储在堆上。

这是在上下文中写的

事实是，这是一个实现细节 [...]

Microsoft 的实现方式如下：

但是为什么静态变量存储在堆上？

好吧，即使是 Main() 方法也不会永远存在。 Main() 方法可能会结束，而其他一些线程可能仍在运行。在这种情况下，结构应该发生什么？它不一定在堆上，但我希望您看到它不能在堆栈上，也不能在寄存器中。该结构必须位于其他线程仍然能够访问它的某个地方。堆是一个不错的选择。

Main() 终止的代码示例：

using System;
using System.Threading;

public class Program
{
    public static CustomStructType inst1;

    static void Main(string[] args)
    {
        new Thread(AccessStatic).Start();
        //assigning an instance of value type to the field
        inst1 = new CustomStructType();
        Console.WriteLine("Main is gone!");
    }

    static void AccessStatic()
    {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine(inst1);
        Console.ReadLine();
    }
}

public struct CustomStructType
{
    //body
}

让我们回到你的原始代码。如有疑问，您可以随时使用调试器进行检查。这是 .NET Framework 4.8 (4.8.4341.0) 中发布版本的调试会话。

我正在使用 WinDbg Preview 进行调试，这是 Microsoft 提供的免费调试器。不过使用起来并不方便。我是从 "Advanced .NET debugging" by Mario Hewardt 一书中了解到的。

为了简单起见，我插入了一个 Console.ReadLine()，因此我不需要遍历所有内容并在正确的时间停止。

加载 .NET 扩展

ntdll!DbgBreakPoint:
77534d10 cc              int     3
0:006> .loadby sos clr

搜索Program的实例（只是为了检查问题的前提是否正确）确实给出了0个对象：

0:007> !dumpheap -type Program
 Address       MT     Size

Statistics:
      MT    Count    TotalSize Class Name
Total 0 objects

搜索班级：

0:006> !name2ee *!Program
Module:      787b1000
Assembly:    mscorlib.dll
--------------------------------------
Module:      01724044
Assembly:    StructOnHeap.exe
Token:       02000002
MethodTable: 01724dcc
EEClass:     01721298            <--- we need this
Name:        Program

获取课程信息：

0:006> !dumpclass 01721298
Class Name:      Program
mdToken:         02000002
File:            C:\...\bin\Release\StructOnHeap.exe
Parent Class:    787b15c8
Module:          01724044
Method Table:    01724dcc
Vtable Slots:    4
Total Method Slots:  5
Class Attributes:    100001  
Transparency:        Critical
NumInstanceFields:   0
NumStaticFields:     1
      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr    Value Name
01724d88  4000001        4     CustomStructType  1   static 0431357c inst1
                                                            ^-- now this

检查垃圾收集堆在哪里：

0:006> !eeheap -gc
Number of GC Heaps: 1
generation 0 starts at 0x03311018
generation 1 starts at 0x0331100c
generation 2 starts at 0x03311000
ephemeral segment allocation context: none
 segment     begin  allocated      size
03310000  03311000  03315ff4  0x4ff4(20468)
Large object heap starts at 0x04311000
 segment     begin  allocated      size
04310000  04311000  04315558  0x4558(17752)             <-- look here
Total Size:              Size: 0x954c (38220) bytes.
------------------------------
GC Heap Size:    Size: 0x954c (38220) bytes.

是的，它位于从 0x04311000 开始的大对象堆上。

顺便说一句：让我惊讶的是，这么小的“对象”（结构）会被分配到大对象堆上。通常，LOH 将仅包含 85000+ 字节的对象。但这是有道理的，因为 LOH 通常不会被垃圾回收，而且您不需要垃圾回收 static 项。

c#c#heap-memorymemory-managementstackvalue-type