静态值类型字段是不是在 C# 的堆中装箱？
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【中文标题】静态值类型字段是不是在 C# 的堆中装箱？【英文标题】：Is a static value type field boxed in the heap in C#?静态值类型字段是否在 C# 的堆中装箱？ 【发布时间】：2014-11-02 16:59:22 【问题描述】：出于好奇 - 考虑以下示例：
public class A
public static int Foo;
public class Program
static void Main()
// The following variable will be allocated on the
// stack and will directly hold 42 because it is a
// value type.
int foo = 42;
// The following field resides on the (high frequency)
// heap, but is it boxed because of being a value type?
A.Foo = 42;
我的问题如下：Foo 字段的值是否被装箱，因为它位于堆上？或者它是在一个特殊的容器对象/内存部分中，就像一个实例值类型字段是堆上对象的一部分一样封装它？
我会假设它没有装箱，但我不确定，我找不到任何文档。
感谢您的帮助。
【问题讨论】：
不，它没有装箱。它将保持原样。是什么让你觉得它可能是盒装的？ 嗯，值类型的值不能单独驻留在堆上——除非它们被装箱。当它们是实例字段时，它们成为相应对象的一部分并且没有被装箱，但我找不到任何关于它们是静态字段时会发生什么的信息。 @feO2x - 值类型可以存在于堆上而不被装箱。仅当您需要将值类型视为引用类型时才需要装箱。 参考 Eric Lipert 的关于值类型的博客文章：blogs.msdn.com/b/ericlippert/archive/2010/09/30/… This may help 【参考方案1】：CLR 确实不有一个类的每个字段都需要具有相同存储类型的限制。只有实例成员最终在 GC 堆上。静态成员在加载器堆中分配。或者当字段具有 [ThreadStatic] 属性时，在线程本地存储中。这当然会强制执行一个静态成员由类对象的每个实例共享的约定。
顺便说一句，实现非常简单，抖动分配存储并知道字段的地址。所以任何加载和存储都直接使用变量的地址。没有额外的指针解引用，非常高效。
所以，不，根本不需要装箱，一个静态的 int 只会占用 4 个字节。
如果您想亲自查看，请使用调试 + Windows + 反汇编窗口。显示机器代码，您将直接使用变量的地址看到它。每次运行程序时它都会是一个不同的地址，这是一种恶意软件对策。
【讨论】：
【参考方案2】：由于 Sriram 和 Lee 在问题的 cmets 中给出了答案，但没有提供答案，我将总结一下调查结果：
不，该值未装箱。值类型可以驻留在堆上，只有当它们像引用类型一样使用时才会被装箱。
您还可以看到我的示例的 IL 代码中没有涉及装箱：
.method private hidebysig static void Main() cil managed
.entrypoint
// Code size 12 (0xc)
.maxstack 1
.locals init ([0] int32 foo)
IL_0000: nop
IL_0001: ldc.i4.s 42
IL_0003: stloc.0
IL_0004: ldc.i4.s 42
IL_0006: stsfld int32 StaticValueTypeFieldBoxing.A::Foo
IL_000b: ret
// end of method Program::Main
【讨论】：
【参考方案3】：TL;DR：是的，但不是语义上的，并且仅适用于非内置值类型。
以下内容基于我自己对 CLR 应用程序内部工作原理的逆向工程。
所提供的答案并不完全正确，事实上，颇具误导性。
这是一个有趣的问题。视情况而定。
int、float 等内置类型（由 VES 直接支持）原始存储在静态变量的地址中。
但有趣的是，System.Decimal、System.DateTime 等非内置类型和用户定义的值类型都被装箱了。
但有趣的是，它们实际上有点，有点……双盒装。想象一下：
public struct MyStruct
public int A;
public static class Program
public static MyStruct X;
public static void Main()
Program.X.A = 1337;
Program.DoIt();
public static void DoIt()
Program.PrintA(Program.X);
Program.PrintType(Program.X);
private static void PrintType(object obj)
Console.WriteLine(obj.GetType().FullName);
public static void PrintA(MyStruct myStruct)
Console.WriteLine(myStruct.A);
现在，这将按您的预期工作，MyStruct 将为 PrintType 装箱，而不是为 PrintA 装箱。
然而，Program.X 实际上并不像在实例变量或局部变量中那样直接包含 MyStruct 实例。相反，它在堆中包含对它的引用，其中实例作为具有对象头和所有对象的对象存在。
正如最初提到的，这不适用于内置类型。因此，如果您有一个包含 int 的静态变量，则该静态变量将占用 4 个字节。但是如果你有一个用户定义类型的静态变量，例如。 struct IntWrapperpublic int A;，那么静态变量将在 32 位进程中占用 4 个字节，在 64 位进程中占用 8 个字节来存储 IntWrapper 结构的盒装版本的地址，其中它在 32 位进程中占用 8 个字节-bit 进程和 64 位进程中的 12 个字节（对象头指针为 4/8 个字节，int 为 4 个字节），忽略任何潜在的填充。
但是，从语义上讲，它的工作方式与您期望的一样。调用 PrintA(Program.X) 时，程序会将 Program.X 指向的对象中的 struct 部分（对象头后面的数据）复制并传递给 PrintA。
当调用 PrintType(Program.X) 时，它确实将实例装箱。代码创建一个带有对象头的新 MyStruct 对象，然后将 Program.X 引用的对象中的 A 字段复制到新创建的对象中，然后将该对象传递给 PrintType。
总而言之，Program.X 包含一个装箱的 MyStruct 的地址（如果我们将装箱定义为将值类型转换为引用类型），但仍会装箱（或克隆）该对象，就好像它是一个值类型一样，因此语义保持不变，就好像它直接作为值类型存储在静态变量中一样。
就像我说的，我不确定他们为什么要这样做，但确实如此。
我已经包含了上面 C# 代码的 JIT 反汇编并对其进行了注释。 请注意，我已经在反汇编中找到了所有名称。
对调用的评论：对托管方法的所有调用都是通过指针发生的。在第一次调用时，指针指向负责 JIT 编译方法的代码。 JIT编译后，指针被替换为JIT编译后代码的地址，因此后续调用速度很快。
Program.Main:
MOV EAX, DWORD PTR DS:[<Program.X>] ; Move the address stored in static variable Program.X into register EAX.
MOV DWORD PTR DS:[EAX + 4], 539h ; Set field at offset 4 (Offset 0 is the object header pointer) to 1337.
CALL DWORD PTR DS:[<Program.DoIt Ptr>] ; Call Program.DoIt.
RET ; Return and exit the program.
Program.DoIt:
PUSH EBP ; Function prologue.
MOV EBP, ESP ; Function prologue.
MOV EAX, DWORD PTR DS:[<Program.X>] ; Move the address stored in static variable Program.X into register EAX.
MOV ECX, DWORD PTR DS:[EAX + 4] ; Copy the struct part (the dword after the object header pointer) into ECX (first argument (this)), essentially an unboxing.
CALL DWORD PTR DS:[<Program.PrintA Ptr>] ; Call Program.PrintA.
; Here, the MyStruct stored in the static value is cloned to maintain value semantics (Essentially boxing the already boxed MyStruct instance).
MOV ECX, <MyStructObjectHeader> ; Boxing for PrintType: Copy the address of the object header for MyStruct into ECX (First argument).
CALL <CreateObject> ; Boxing for PrintType: Create a new object (reference type) for MyStruct.
MOV ECX, EAX ; Copy the address of the new object into ECX (first argument for Program.PrintType).
MOV EAX, DWORD PTR DS:[<Program.X>] ; Boxing for PrintType: Move the address stored in static variable Program.X into register EAX.
MOV EAX, DWORD PTR DS:[EAX + 4] ; Boxing for PrintType: Get value of MyStruct.A from the object stored in Program.X (MyStruct.A is at offset 4, since the object header is at offset 0).
MOV DWORD PTR DS:[ECX + 4], EAX ; Boxing for PrintType: Store that value in the newly created object (MyStruct.A is at offset 4, since the object header is at offset 0).
CALL DWORD PTR DS:[<Program.PrintType Ptr>] ; Call Program.PrintType.
POP EBP ; Function epilogue.
RET ; Return to caller.
Program.PrintA:
PUSH EAX ; Allocate local variable.
MOV DWORD PTR SS:[ESP], ECX ; Store argument 1 (the MyStruct) in the local variable.
MOV ECX, DWORD PTR SS:[ESP] ; Copy the MyStruct instance from the local variable into ECX (first argument to WriteLine).
CALL <mscorlib.ni.System.Console.WriteLine(object)> ; Call WriteLine(object) overload.
POP ECX ; Deallocate local variable.
RET ; Return to caller.
Program.PrintType:
PUSH EBP ; Function prologue.
MOV EBP, ESP ; Function prologue.
CMP DWORD PTR DS:[ECX], ECX ; Cause an access violation if 'this' is null, so the CLR can throw a null reference exception.
CALL <GetType> ; GetType.
MOV ECX, EAX ; Copy the returned System.Type object address into ECX (first argument).
MOV EAX, DWORD PTR DS:[ECX] ; Dereference object header pointer.
MOV EAX, DWORD PTR DS:[EAX + 38h] ; Retrieve virtual function table.
CALL DWORD PTR DS:[EAX + 10h] ; Call virtual function at offset 10h (get_FullName method).
MOV ECX, EAX ; Copy returned System.String into ECX (first argument).
CALL <mscorlib.ni.System.Console.WriteLine(int)> ; Call WriteLine.
POP EBP ; Function epilogue.
RET ; Return to caller.
下面是long等内置类型与其他值类型的区别对比。
public static class Program
public static long X;
public static void Main()
Program.X = 1234567887654321;
编译为：
Program.Main:
PUSH EBP ; Function prologue.
MOV EBP, ESP ; Function prologue.
MOV DWORD PTR DS:[DD4408], 3C650DB1 ; Store low DWORD of 1234567887654321.
MOV DWORD PTR DS:[DD440C], 462D5 ; Store high DWORD of 1234567887654321.
POP EBP ; Function epilogue.
RET ; Return.
在本例中，MyStruct 包含一个 long。
public static class Program
public static MyStruct X;
public static void Main()
Program.X.A = 1234567887654321;
编译为：
Program.Main:
PUSH EBP ; Function prologue.
MOV EBP, ESP ; Function prologue.
MOV EAX, DWORD PTR DS:[3BD354C] ; Retrieve the address of the MyStruct object stored at the address where Program.X resides.
MOV DWORD PTR DS:[EAX + 4], 3C650DB1 ; Store low DWORD of 1234567887654321 (The long begins at offset 4 since offset 0 is the object header pointer).
MOV DWORD PTR DS:[EAX + 8], 462D5 ; Store high DWORD of 1234567887654321 (High DWORD of course is offset 4 more from the low DWORD).
POP EBP ; Function epilogue.
RET ; Return.
附带说明：这些结构对象是为类的所有值类型静态变量分配的，第一次调用访问类中任何静态变量的方法时。
也许这就是他们这样做的原因。为了节省内存。如果静态类中有很多结构，但没有在使用它们的类上调用任何方法，则使用的内存更少。如果它们被内联在静态类中，那么即使您的程序从不访问它们，每个结构也会无缘无故地占用它们在内存中的大小。通过在第一次访问它们时将它们作为对象分配到堆上，您只在访问它们时占用它们在内存中的大小（+ 对象头的指针），并且在不访问它们时每个变量最多占用 8 个字节。这也使库更小。但这只是我对他们为什么会这样做的猜测。
【讨论】：
【参考方案4】：https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.runtime.compilerservices.fixedaddressvaluetypeattribute?view=net-5.0
...在“备注”下明确地说，“静态值类型字段被创建为装箱对象。这意味着它们的地址可以随着垃圾回收的执行而改变”。
【讨论】：
以上是关于静态值类型字段是不是在 C# 的堆中装箱？的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章