C#.Почему массивы-типы ссылок?

#c_sharp #массивы

Узнал что массивы в C#-это типы ссылок и они хранятся в куче,которая используется
для динамичного выделения памяти.Но вот вопрос:для чего массиву динамичное выдиление
памяти?.Вот например мы объявляем массив 
int[] newArray = new [4];
Мы заранее знаем что массив будет принимать 4 елемнта типа Int32 и мы заранее знаем
сколько памяти ему потребуется.Так почему массивы-типы ссылок?
    

Ответы

Ответ 1

"Сколько памяти потребуется" важно не столько при выделении памяти, сколько при хранении
массива в других объектах.

Например, у вас есть класс вида

class A
{
   public int fieldA;
   public int fieldB; 
}


И есть работающий с ним код вида

var a = new A();
a.fieldB = 42;


Перед реальным выполнением этот код надо превратить в код для конкретной платформы.
JIT компилятор, который этим занимается, заранее знает, сколько объект типа A занимает
в памяти, и по какому смещению в нем лежит поле fieldB:

[0 header][+24 fieldA][+28 fieldB] // 24 - условный размер заголовка


и он генеренирует что-то вроде

mov [a + 28], 42 // положить по адресу a + смещение в нем поля fieldB значение 42


И все это работает быстро. Теперь добавим поле-массив (в котором может лежать массив,
а может и не лежать):

class A
{
   public int fieldA;
   public int[] fieldArray;
   public int fieldB; 
}


Получаем объект вида

[0 header][+24 fieldA][+28 fieldArray][+32 fieldB] // размер fieldArray предсказуем,
т.к. массив - ссылочный тип, и в этом поле лежит адрес массива.


и код при выполнении

mov [a + 32], 42 // положить по адресу a + смещение в нем поля fieldB значение 42


Ок, теперь представим что int[] - это value type.

[0 header][+24 fieldA][+28 fieldArray][+??? fieldB] // размер fieldArray заранее
неизвестен 


Как теперь в этой ситуации записать значение в fieldB? Реально проверять размер массива
перед каждым обращением в соседнее поле? Перекомпилировать метод из IL в C# заново
под каждый объект? Дорого, сложно и неэффективно. Разрешить массивы (и, соответственно,
строчки) только заранее известной длины? Ну тогда на языке вообще будет тяжело что-то
реальное написать :)

А вот если убрать необходимость как-то хранить массивы в других объектах - то все
ок, можно делать из них value type. Именно так сделано для структуры Span, которая,
по сути, и есть value type array.

Вот, выделяет 100 байт чистейшего стека, без всяких там ссылок:

Span stackSpan = stackalloc byte[100];


Ответ 2

На вопрос "Почему?" краткий ответ таков: потому что на данный момент так сделано.

Можно ли сделать иначе: если массив умещается на стеке - размещать его там, не умещается
- размещать в куче? Да, можно. В JVM делается именно так (во всяком случае, в некоторых
реализациях HotSpot). Почему не сделано в CLR? Не всё сразу. Разработчики .NET предпочли
реализовывать другие фичи (значимые типы, дженерики, указатели на неуправляемую память
и пр.)

Однако, работы по определению, где выгоднее разместить объекты, ведутся. Object Stack
Allocation. Надеюсь, эти теоретические работы перейдут в практическую плоскость.


Ответ 3

Потому что можно сделать так:

int[] i;
i = new int[15];
//тут какое либо использование
i = new int[25];
//ещё что либо
n = int.Parse(Console.ReadLine()/*Любой другой способ получения информации от пользователя*/)
 i = new int[n];
//ещё что либо


А если быть более честым, то c# полностью объектно-ориентированный, и всё что в нём
есть - объект, а объект - это составная сущность которая занимает (зачастую) неопределённое
количество памяти. 


  Мы заранее знаем что массив будет принимать 4 елемнта типа Int32 и мы заранее знаем
сколько памяти ему потребуется.


Да и  тут я бы с вами поспорил. А как же вычисление значений не на этапе компиляции,
а в рантайме?(во время выполнения)

Простой пример, который я часто использую: мне бывает лень объявлять масивчики и
я пользуюсь таким методом(читай: отрывок паттерна Фабрика. хоть вообще не красивый,
не правильный и нельзя так делать, но блин удобно)

GetArr(int lenght)=> new T[lenght];


Это универсальный метод для создания Массива любого типа.

А ещё, небольшая разница между тем же самым Int32. Это не класс а структура, а структуры
являются TypeValue - значениями, и соответственно хранятся в стеке, а Array является
производным от Object, и соответственно располагается в Куче