给定对结构的托管引用，如何在偏移量处获取对字段的托管引用？

Question

我正在尝试在 C# 中实现固定大小的数组，这些数组由 hacky 类型级数字参数化。见GitHub

我想实现一个方法，它会像这样工作：

static ref T Ref(this ref TContainer container, int index)
  where T: unmanaged
  where TContainer: unmanaged
  => ref container[index];

现在的问题是：我知道，TContainer 内部由 N 个 T 类型的字段组成。但它实际上并没有实现索引操作（或任何接口）。

我能做的是：

CheckIndex(index);
fixed (TContainer* self = &container) {
    T* data = (T*)self;
    return ref data[index];
}

这与unsafe 编译，但我有两个问题：

1. 是否会正确跟踪像这样检索到的托管引用的生命周期？
2. 在这种情况下使用fixed 是否有任何性能成本？ （例如 GC pinning、别名问题等）

此外，即使我将参数类型 ref TContainer 替换为 TContainer，或者应该相同，只需将其声明为实例成员，上面带有 fixed 和 return ref 的示例也可以编译而不是扩展方法。它甚至可以在示例测试用例中使用，但我不明白为什么会这样，因为在正常情况下，无法从结构实例方法返回 ref this.field。

Answer 1

回答您的问题：

1. 是的，因为您将非托管指针重新构建回托管指针，同时将其固定；托管指针在任何时候都不能无效
2. 不，fixed 使用非常低的开销机制 - 基本上，fixed 只是将局部变量标记为具有特殊含义；当 GC 运行时，它已经遍历堆栈帧，当它这样做时，它会查找这些本地变量并指出它们的值应该被视为固定

但是！听起来您真正追求的概念是Span<T>（或Memory<T>）-Span<T> 基本上是使用托管指针的“范围”。

这是一个不使用unsafe的版本：

public static ref T Ref<T, TContainer>(this ref TContainer container, int index)
    where TContainer : unmanaged
    where T : unmanaged
{
    if (index < 0 || Unsafe.SizeOf<T>() * (index + 1) > Unsafe.SizeOf<TContainer>())
        throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(index));
    ref T first = ref Unsafe.As<TContainer, T>(ref container);
    return ref Unsafe.Add<T>(ref first, index);
}

但请注意，它仍然“不安全”。