这段代码如何引用结构？

Question

我试过这段代码

struct Bar {
    public int Value;
}

async Task doItLater(Action fn) {
    await Task.Delay(100);
    fn();
}
void Main() {
    Bar bar = new Bar { Value = 1 }; //Bar is a struct
    doItLater(() => {
        Console.WriteLine(bar.Value);
    }).Wait();
}

并得到输出1。现在这让我很困惑。我的逻辑如下

• Bar 是一个结构。因此所有实例都应该存储在堆栈中
• 当Task.Delay(100) 被命中时，执行线程完成，并请求TPL 稍后执行fn()。
• bar 存储在堆栈中，当我们在闭包中访问它时，该帧不应该存在。

那么我到底是怎么得到1的输出的呢？

Answer 1

彼得的回答是正确的；总结：

• 值类型不会“进入堆栈”。 变量在已知其生命周期很短时进入堆栈。变量的类型无关；当变量的生命周期不短时，包含 int 的变量会进入堆。如果已知其生命周期很短，则包含对字符串的引用的变量会进入堆栈。

• await 不会“终止线程”。 async-await 的全部意义在于它确实不需要另一个线程！异步等待的重点是在等待异步操作完成的同时继续使用当前线程。如果您认为 await 与线程有任何关系，请阅读“没有线程”。没有。

但我想解决您关于堆栈的基本错误作为延续的具体化。

什么是延续？这只是一个花哨的词，表示“在这一点上，这个程序接下来要做什么？”

在普通代码中——没有等待、没有产量、没有 lambda、没有什么花哨的——事情非常简单。当你有：

y = 123;
x = f();
g(x);
return y;

f 的延续是“为 x 赋值并将其传递给 g”，而 g 的延续是“运行我现在正在使用的任何方法的延续，为其赋予 y 的值”。

如您所知，我们可以通过使用堆栈来具体化普通程序中的延续。栈数据结构其实维护了三样东西：

• 局部变量的状态——这是激活信息
• 正常延续的代码地址——“返回地址”
• 足够的信息在运行时计算异常延续；也就是说，“接下来会发生什么？”抛出异常时。

但是这个数据结构只是一个堆栈，因为函数激活在正常程序中逻辑上形成一个堆栈。函数 Foo 调用 Bar，然后 Bar 调用 Blah，然后 Blah 返回 Bar，Bar 返回 Foo。

现在让我们来讨论一下：

int y = 123;
Func<int> f = () => y;
return f;

现在本地 y 的值即使在当前方法返回后也必须保留，因为可能会调用委托。 因此 y 的生命周期比当前激活的生命周期长，并且不会进入堆栈。

或者这个：

int y = 123;
yield return y;
yield return y;

现在 y 必须在迭代器块的 MoveNext 调用中保留，因此，y 必须是不在堆栈上的变量；它的生命周期很长，所以它必须放在堆上。但请注意，这比前一种情况更奇怪，因为方法的激活可以被 yield 暂停并被未来的 MoveNext 恢复。现在我们遇到了一个方法调用在逻辑上没有形成堆栈的情况，因此继续信息也不能再进入堆栈。

await 也一样；再一次，我们遇到了一个方法可以暂停的情况，其他事情可以发生在同一个线程上，然后该方法会以某种方式从它停止的地方恢复。

Await 和 yield 都是称为 coroutines 的更通用功能的示例。一个普通的方法可以做三件事：抛出、挂起或返回。协程可以做第四件事：挂起，稍后恢复。

普通方法只是协程的一个特例；普通方法是不会挂起的协程。并且由于它们有这个限制，普通方法可以获得能够使用堆栈作为其延续语义的具体化的好处。 协程没有。由于协程的激活不形成堆栈，因此堆栈不用于它们的局部变量激活记录；它也不用于存储返回地址等后续信息。

您陷入了这样的陷阱：认为特殊情况（不暂停的例程）就是世界必须的样子，但事实并非如此。相反，非挂起方法是可以通过使用堆栈来存储其延续信息来优化的特殊方法。

Answer 2

您的分析不止一处未达标：

•Bar 是一个结构。因此所有实例都应该存储在堆栈中

这不是真的。值类型对象可以存储在堆栈中，但并非所有值类型都存储在堆栈中。请参阅 Eric Lippert 著名的 The Stack Is An Implementation Detail 文章。

在您的示例中，bar 对象实际上没有存储在堆栈中，因为它是在您传递给doItNow() 的闭包中捕获的。编译器创建一个隐藏类，其中存储了bar 对象，并且该类在堆上分配。所以bar 对象本身也分配在堆上。

•当 Task.Delay(100) 被命中时，该线程执行完毕，并请求 TPL 稍后执行 fn()。

其实就是await 被命中的时候。简单地调用Task.Delay() 只不过是创建并启动一个新的Task，它将在100 毫秒内完成。直到await 被执行，doItLater() 方法才返回。这与 “那个执行线程” 是 “完成” 不同。线程继续（在您的情况下，只要在doItLater() 方法返回的Task 对象上调用Wait()）。

•bar 存储在堆栈中，当我们在闭包中访问它时，该框架不应该存在。

因为您调用了Wait()，即使bar 对象确实存储在堆栈中，当执行doItLater() 中的延续和fn() 委托调用时，该堆栈帧仍然存在被执行。在 Wait() 方法完成之前，Main() 方法无法返回，并且直到 doItLater() 任务完全完成（包括调用传递给它的 fn 委托）后才会返回。

换句话说，即使我们忽略了您的其他误解，在这种情况下也不会出现问题，因为无论如何bar 对象仍然存在。