如何在 C# 中创建一个包含数组但不使用堆的结构？

Question

我需要什么：

• 具有任意数量顶点（或至少达到max顶点数量）的多边形
• 应该是struct，这样才能快，可以按值赋值/传递

似乎我不能使用数组或集合来存储顶点，因为那样我的多边形结构将指向堆上的对象，并且当一个多边形按值分配给另一个多边形时，只会执行浅拷贝，并且我会让两个多边形都指向同一个顶点数组。例如：

Polygon a = new Polygon(); 
Polygon b = a; 
// both polygons would be changed 
b.vertices[0] = 5; 

那么我如何创建一个可以有任意数量（或一些固定数量）顶点但根本不使用堆的结构？

我可以使用很多变量，例如 v1, v2, v3 ... v10 等，但我想或多或少地保持我的代码干净。

Answer 1

如果它符合您的逻辑，您可以使用分配在堆栈上的Span<T>。阅读更多here

Answer 2

另一种使用复制构造函数复制数组的方法

public Polygon(Polygon other)
{
    this.vertices = other.vertices.Clone() as int[];
}

然后

var a = new Polygon();
a.vertices[0] = 5;

var b = new Polygon(a):
Debug.WriteLine(a.vertices[0]);
// 5
Debug.WriteLine(b.vertices[0]);
// 5

b.vertices[0] = 10;
Debug.WriteLine(a.vertices[0]);
// 5
Debug.WriteLine(b.vertices[0]);
// 10

Answer 3

您可以选择使用 fixed 关键字定义您的数组，这会将其放入堆栈中。

但是你不能直接访问数组的元素，除非你在 unsafe 上下文中并且使用指针。

要获得以下行为：

    static void Main(string[] args)
    {
        FixedArray vertices = new FixedArray(10);
        vertices[0] = 4;

        FixedArray copy = vertices;
        copy[0]  = 8;
        Debug.WriteLine(vertices[0]);
        // 4
        Debug.WriteLine(copy[0]);
        // 8
    }

然后使用下面的类定义：

public unsafe struct FixedArray 
{
    public const int MaxSize = 100;

    readonly int size;
    fixed double data[MaxSize];

    public FixedArray(int size) : this(new double[size])
    { }

    public FixedArray(double[] values)
    {
        this.size = Math.Min(values.Length, MaxSize);
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            data[i] = values[i];
        }
    }

    public double this[int index]
    {
        get
        {
            if (index>=0 && index<size)
            {
                return data[index];
            }
            return 0;
        }
        set
        {
            if (index>=0 && index<size)
            {
                data[index] = value;
            }
        }
    }

    public double[] ToArray()
    {
        var array = new double[size];
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            array[i] = data[i];
        }
        return array;
    }        
}

有几点需要考虑。以上需要用unsafe选项编译。 MaxSize 也是一个常数，并且所需的存储空间不能超过这个值。我正在使用索引器this[int] 来访问元素（而不是字段），并且还有一种方法可以使用ToArray() 转换为本机数组。构造函数也可以采用本机数组，或者它将使用空数组来初始化值。这是为了确保 new FixedArray(10) 例如将在固定数组中初始化至少 10 个值（而不是未定义，因为它是默认值）。

详细了解fixed from Microsoft 的用法或搜索C# Fixed Size Buffers。

• 堆数组字段

   struct StdArray
   {
       int[] vertices;
  
       Foo(int size)
       {
           vertices = new int[size];
       }
   }
  

• 堆栈数组字段

   unsafe struct FixedArray
   {
       fixed int vertices[100];
       int size;
       Foo(int size)
       {
           this.size = size;
           // no initialization needed for `vertices`
       }
   }