C#能分配内存连续的引用类型数组吗？
在 C 中，你不能直接分配一个内存连续的引用类型数组。这与值类型数组（比如 `int[]` 或 `struct[]`）的情况是不同的。理解这一点，我们需要深入 C 的内存管理机制，特别是托管堆和引用类型的工作方式。
C 中的内存管理：托管堆与栈
首先，我们来区分一下 C 中两种主要的内存区域：
1. 栈 (Stack):
栈用于存储值类型（如 `int`, `float`, `bool`, `struct`）以及方法的局部变量和参数。
栈内存分配速度非常快，采用 LIFO（后进先出）的方式管理。
栈上的内存生命周期与作用域严格绑定，当一个方法结束时，其在栈上的所有局部变量和参数都会被自动释放。
值类型变量直接存储它们的值。
2. 托管堆 (Managed Heap):
托管堆用于存储引用类型（如 `class`, `string`, `delegate`, `interface`, 数组）。
引用类型变量本身存储的是一个指向托管堆上实际对象的引用（内存地址）。
托管堆的内存管理由 .NET 的垃圾回收器 (Garbage Collector, GC) 负责。GC 会在适当的时候检测不再被引用的对象，并回收它们占用的内存。
对象在托管堆上的分配和释放比栈更复杂，因为需要 GC 的介入。
为什么引用类型数组在托管堆上不是连续的？
当你创建一个引用类型数组，例如：
```csharp
MyClass[] myClassArray = new MyClass[10];
```
这里的 `myClassArray` 本身是一个引用类型。因此，`myClassArray` 这个变量（在栈上）存储的是一个引用，指向托管堆上一个表示数组的结构。
而这个数组结构本身，在托管堆上的布局是这样的：
1. 数组的元数据: 包含数组的长度、类型信息等。
2. 数组的元素: 这个数组的元素是什么？是 `MyClass` 的实例。但是，数组本身只存储对 `MyClass` 对象的引用（内存地址），而不是 `MyClass` 对象本身。
举个例子，假设 `MyClass` 是一个类，它的实例在托管堆上占用了 24 字节。
```csharp
public class MyClass
{
public int SomeValue;
public string SomeString;
}
```
当你执行 `MyClass[] myClassArray = new MyClass[3];` 时，大致的内存分配情况是这样的：
栈上: `myClassArray` 变量存储了一个引用，指向托管堆上的一个数组对象。
托管堆上:
数组对象: 首先，有一个描述这个数组的结构，它本身可能占用一些内存（例如，存储长度、类型信息）。
数组元素（引用）: 接着，数组对象会包含 3 个引用槽，每个槽都为 `MyClass` 对象的引用预留空间（通常是 4 或 8 字节，取决于目标平台是 32 位还是 64 位）。
`MyClass` 对象实例: 这 3 个引用槽可能指向托管堆上任何位置的、已经存在的 `MyClass` 对象实例。 或者，如果你通过 `myClassArray[i] = new MyClass();` 来实例化，那么新的 `MyClass` 对象会被分配在托管堆的其他位置，而数组的第 `i` 个引用槽会存储指向这个新对象的引用。
关键点在于：
数组的元素是引用，而不是对象本身。
这些引用在托管堆中是紧密排列的（即数组的 3 个引用槽是连续的）。
但是，这些引用所指向的 `MyClass` 对象实例，在托管堆上并不保证是连续的。 它们可能分散在托管堆的任何地方，取决于 GC 何时以及如何分配它们。
类比理解：
想象一个抽屉柜（托管堆）。
引用类型数组就像抽屉柜里一个单独的抽屉（数组对象），里面有几个小格子（引用槽）。
`MyClass` 对象实例就像是放在不同房间（托管堆的其他位置）里的不同家具（`MyClass` 的实例）。
你把家具的房门钥匙（引用）放在抽屉里的小格子里。
抽屉里的小格子（引用槽）是紧挨着的，你拿取钥匙（引用）很方便。
但你根据钥匙（引用）打开门（访问对象）时，家具（`MyClass` 实例）可能在房间的任何角落，它们本身并不在抽屉（数组）旁边。
为什么 .NET 设计成这样？
这种设计是为了实现托管堆的灵活性和 GC 的效率。
GC 的效率: GC 需要扫描堆上的对象，追踪引用关系。如果对象都紧密耦合，GC 的工作会变得复杂。允许对象分散，GC 可以在不关心它们在堆上确切位置的情况下进行管理。
对象生命周期的独立性: 每个 `MyClass` 对象都有自己的生命周期，它们可能被多个数组或变量引用。如果它们都必须随着某个特定数组的创建而连续分配，那么一旦数组被销毁，这些对象也必须立即销毁，这限制了对象的复用和生命周期管理。
更少的碎片: 值类型数组（如 `int[]`）是连续的，如果一个 `int[]` 变得很大，而你需要重新分配一个更大的 `int[]`，GC 可能需要移动整个现有的 `int[]` 数组，以找到连续的空间。引用类型数组则不同，即使一个数组（引用槽）不再需要，GC 只需要回收数组结构和其中的引用，而不需要管那些引用指向的对象。
总结：
C 中，引用类型数组（如 `MyClass[]`）在托管堆上，其数组元素（即对对象的引用）本身是连续存储的。但是，这些引用所指向的实际对象实例，在托管堆上并不保证是连续的。这是 .NET 内存管理模型和垃圾回收器工作方式的固有特性，为实现灵活性和效率而设计的。
如果你需要一个能够保证其内部数据（而不是引用）在内存中连续排列的集合，并且这些数据是引用类型，那么 C 的标准库中并没有直接提供这样的数据结构。通常，当我们谈论“内存连续”时，更多的是指值类型，或者更底层、需要手动内存管理的场景。在托管环境中，我们依赖 GC 来管理对象的布局。
C 中的内存管理：托管堆与栈
首先，我们来区分一下 C 中两种主要的内存区域：
1. 栈 (Stack):
栈用于存储值类型（如 `int`, `float`, `bool`, `struct`）以及方法的局部变量和参数。
栈内存分配速度非常快，采用 LIFO（后进先出）的方式管理。
栈上的内存生命周期与作用域严格绑定，当一个方法结束时，其在栈上的所有局部变量和参数都会被自动释放。
值类型变量直接存储它们的值。
2. 托管堆 (Managed Heap):
托管堆用于存储引用类型（如 `class`, `string`, `delegate`, `interface`, 数组）。
引用类型变量本身存储的是一个指向托管堆上实际对象的引用（内存地址）。
托管堆的内存管理由 .NET 的垃圾回收器 (Garbage Collector, GC) 负责。GC 会在适当的时候检测不再被引用的对象，并回收它们占用的内存。
对象在托管堆上的分配和释放比栈更复杂，因为需要 GC 的介入。
为什么引用类型数组在托管堆上不是连续的？
当你创建一个引用类型数组，例如：
```csharp
MyClass[] myClassArray = new MyClass[10];
```
这里的 `myClassArray` 本身是一个引用类型。因此，`myClassArray` 这个变量（在栈上）存储的是一个引用，指向托管堆上一个表示数组的结构。
而这个数组结构本身，在托管堆上的布局是这样的：
1. 数组的元数据: 包含数组的长度、类型信息等。
2. 数组的元素: 这个数组的元素是什么？是 `MyClass` 的实例。但是，数组本身只存储对 `MyClass` 对象的引用（内存地址），而不是 `MyClass` 对象本身。
举个例子，假设 `MyClass` 是一个类，它的实例在托管堆上占用了 24 字节。
```csharp
public class MyClass
{
public int SomeValue;
public string SomeString;
}
```
当你执行 `MyClass[] myClassArray = new MyClass[3];` 时，大致的内存分配情况是这样的：
栈上: `myClassArray` 变量存储了一个引用，指向托管堆上的一个数组对象。
托管堆上:
数组对象: 首先，有一个描述这个数组的结构，它本身可能占用一些内存（例如，存储长度、类型信息）。
数组元素（引用）: 接着，数组对象会包含 3 个引用槽，每个槽都为 `MyClass` 对象的引用预留空间（通常是 4 或 8 字节，取决于目标平台是 32 位还是 64 位）。
`MyClass` 对象实例: 这 3 个引用槽可能指向托管堆上任何位置的、已经存在的 `MyClass` 对象实例。 或者，如果你通过 `myClassArray[i] = new MyClass();` 来实例化，那么新的 `MyClass` 对象会被分配在托管堆的其他位置，而数组的第 `i` 个引用槽会存储指向这个新对象的引用。
关键点在于：
数组的元素是引用，而不是对象本身。
这些引用在托管堆中是紧密排列的（即数组的 3 个引用槽是连续的）。
但是，这些引用所指向的 `MyClass` 对象实例，在托管堆上并不保证是连续的。 它们可能分散在托管堆的任何地方，取决于 GC 何时以及如何分配它们。
类比理解：
想象一个抽屉柜（托管堆）。
引用类型数组就像抽屉柜里一个单独的抽屉（数组对象），里面有几个小格子（引用槽）。
`MyClass` 对象实例就像是放在不同房间（托管堆的其他位置）里的不同家具（`MyClass` 的实例）。
你把家具的房门钥匙（引用）放在抽屉里的小格子里。
抽屉里的小格子（引用槽）是紧挨着的，你拿取钥匙（引用）很方便。
但你根据钥匙（引用）打开门（访问对象）时，家具（`MyClass` 实例）可能在房间的任何角落，它们本身并不在抽屉（数组）旁边。
为什么 .NET 设计成这样？
这种设计是为了实现托管堆的灵活性和 GC 的效率。
GC 的效率: GC 需要扫描堆上的对象，追踪引用关系。如果对象都紧密耦合，GC 的工作会变得复杂。允许对象分散，GC 可以在不关心它们在堆上确切位置的情况下进行管理。
对象生命周期的独立性: 每个 `MyClass` 对象都有自己的生命周期，它们可能被多个数组或变量引用。如果它们都必须随着某个特定数组的创建而连续分配，那么一旦数组被销毁，这些对象也必须立即销毁，这限制了对象的复用和生命周期管理。
更少的碎片: 值类型数组（如 `int[]`）是连续的，如果一个 `int[]` 变得很大，而你需要重新分配一个更大的 `int[]`，GC 可能需要移动整个现有的 `int[]` 数组，以找到连续的空间。引用类型数组则不同，即使一个数组（引用槽）不再需要，GC 只需要回收数组结构和其中的引用，而不需要管那些引用指向的对象。
总结：
C 中，引用类型数组（如 `MyClass[]`）在托管堆上，其数组元素（即对对象的引用）本身是连续存储的。但是，这些引用所指向的实际对象实例，在托管堆上并不保证是连续的。这是 .NET 内存管理模型和垃圾回收器工作方式的固有特性，为实现灵活性和效率而设计的。
如果你需要一个能够保证其内部数据（而不是引用）在内存中连续排列的集合，并且这些数据是引用类型，那么 C 的标准库中并没有直接提供这样的数据结构。通常，当我们谈论“内存连续”时，更多的是指值类型，或者更底层、需要手动内存管理的场景。在托管环境中，我们依赖 GC 来管理对象的布局。
网友意见
1、能办到
2、不用struct这个说法很无厘头，虽然即便不用struct也能办到。但是突然冒出一句不用struct很无厘头。
3、我觉得你大概还有大把无厘头的需求，譬如说什么不用unsafe、不用指针、不用fixed等等。但即便所有你能想到的无厘头的需求都列出来还是能办到，因为还有P/Invoke……
当然，说不可能的也有道理，原因就是理论上说引用类型对象只可能在托管堆，因为这货的形态本质上就是个引用，他不像值类型有明确的内存布局。但是这并不妨碍我们把一个引用类型的对象当作值类型放在内存的特定位置，但这样做了之后，显然这个对象不能通过引用访问，要么转换为引用类型（拷贝到托管堆），要么设计一套API直接用指针访问成员（直接拷贝成员到堆栈）。
总之，这是一个非常无厘头的问题……
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