C# 7.0 新特性4： 返回引用

本文参考Roslyn项目中的Issue:#118。

　　1. C# 7.0 新特性1： 基于Tuple的“多”返回值方法

　　2. C# 7.0 新特性2： 本地方法

　　3. C# 7.0 新特性3： 模式匹配

　　4. C# 7.0 新特性4： 返回引用

 

C#早在最初的发行版C# 1.0中（2002年1月），就借鉴并延续了C/C++中指针参数，原生容许将值类型数据的引用（指针）经过标记ref参数的形式，传递到方法体中。

但对于方法内的值类型引用，该如何以引用的方式返回，却一直以来没有一个很是完美的解决方案，尽管这种用例很是少见。

 

提一个简单的问题，咱们须要获取三个int中的最大值的引用。

咱们照惯例，回顾下C#7.0以前的作法：

C/C++指针

咱们回归到C/C++中，这个问题没有什么好争议的，实现起来会很理所应当的是这样的：

1 int* Max(int* first, int* second, int* third) {
2   int* max = *first > *second ? first : second;
3   return *max > *third ? max : third;
4 }
5 ....
6 int a = 1, b = 2, c = 3;
7 int* max = Max(&a, &b, &c);
8 *max = 4; // c == 4;

 

下面咱们思考一下C#中怎么合理的翻译这段代码。

/unsafe 指令

可能有的童鞋看到C/C++指针，已经想到了.NET编译指令中，开启/unsafe指令，它容许C#直接访问内存。的确，只要在项目中勾选“Allow unsafe code”。

就能够经过下面这种几乎和C/C++中一致方式来作到：

 

 1 unsafe static int* Max(int* first, int* second, int* third)
 2 {
 3     int* max = *first > *second ? first : second;
 4     return *max > *third ? max : third;
 5 }
 6 ....
 7 int a = 1, b = 2, c = 3;
 8 unsafe
 9 {
10     int* max = Max(&a, &b, &c);
11     *max = 4; // c == 4
12 }

 

但unsafe并非C# 推荐使用的，它绕过了CLR的内存安全机制，指针的不安全滥用会被容许，容易使你的指针指到各类非预期的目标，好比容许访问已经返回(被释放)的调用栈(call stack)，咱们来作一个实验。

 1 unsafe static int* GetRef()
 2 {
 3     //Some codes
 4     int i = 4;
 5     return &i;
 6 }
 7 unsafe static void Main(string[] args)
 8 {
 9     int* num = GetRef();
10     Console.WriteLine(*num); // 4
11     //Some codes
12     Console.WriteLine(*num); // 不可预期
13 }

这是很是典型的一种错误，当GetRef()的调用返回后，它的调用堆栈被释放，咱们尝试获取它本地的引用(num)时，若是GetRef遗留在内存的栈结构侥幸没有被从新分配，咱们依然能够获取到。

但正常状况下，咱们的逻辑一旦须要作一些其它处理（包括第一次Console.WriteLine()的调用自己），num所在的这块不安全内存天然会被覆盖。

虽然这是一段自己错误的代码，但站在语言层面，并无作任何彻底能够作的规避。（C/C++中一样存在这个问题）

 

返回模型对象

固然，其实C#6.0及之前，咱们还有一种比较常见的方案：将有必要返回引用的值类型封装在一个寄宿模型类中。

因为对象以引用heap的地址传递，引用目标不在调用栈(call stack)上，不会因为函数返回而被释放。

1 static HostModel Max(HostModel first, HostModel second, HostModel third)
2 {
3     HostModel max = first.Value > second.Value ? first : second;
4     return max.Value > third.Value ? max : third;
5 }

这种相似作法被普遍应用在Model传递，DTO等场景中，无可厚非。。

可是若是在性能要求敏感，且数据和逻辑结构简单的场景下，为一个简单数据凭空多了一组装箱和拆箱动做，以对象形式在heap中申请本没有必要的内存，是一种很是浪费和奢侈的作法。

 

引用返回

C#7.0 中引入了引用返回(ref return)的概念，容许C#方法中返回一个值类型的引用。

Issue:#118。中给出了下面的例子：

 1 static ref int Max(ref int first, ref int second, ref int third)
 2 {
 3     ref int max = first > second ? ref first : ref second;
 4     return max > third ? ref max : ref third;
 5 }
 6 …
 7 int a = 1, b = 2, c = 3;
 8 Max(ref a, ref b, ref c) = 4;
 9 Debug.Assert(a == 1); // true
10 Debug.Assert(b == 2); // true
11 Debug.Assert(c == 4); // true

这样，咱们经过C#7.0，能直接将调用栈（call stack）上的引用返回。

而且，对于体积较大的结构体（struct），返回引用比传递结构值要快不少，由于结构体的赋值会对整个结构进行拷贝。

另外须要注意的是，ref return的引用，在语言层面附加规则，不容许返回方法内的局部变量的引用，换句话说，被返回的堆栈地址，必须低于当前方法的入口地址。

 

总结

咱们从另外一个侧面看这个feature，实际上是对性能要求极致状况下出现的考虑，对于目前大多数的.NET应用中，其实用例很是局限，也并不是以往.NET侧重的方面。。

可是Roslyn项目在C#7.0设计初期就加入这个feature，是否隐含了更长远的考量？

咱们再看看微软最近的新闻就不难理解了，本月初（6月1日）微软在北京举办的开发者峰会上，Satya Nadella宣布创建物联网实验室，峰会上还发布了微软的IoT套件。

近期微软还发布了Windows的IoT版本（Windows IoT）,刚刚发布的.NET Core也容许跑在装有Windows IoT 的 Raspberry PI（树莓派）等设备上。

在这些对惜内存如金的端设备上，C#想要有一席用武之地，不可避免的须要一改以往对内存的任性的一些设计，也就能够理解了。这或许是C#7.0加入ref return的一个重要的缘由。

 

本文连接：http://www.cnblogs.com/ylvict/p/5633480.html (转载请注明)

目前(2016年7月)C#7.0还未正式发布，你们若是想体验部分特性，能够去下载VS15预览版，最终发布的语法可能和本文中说起的有所不一样，最新动态请你们关注Roslyn项目。