如何/为什么ref返回实例成员

Question

我试图理解为什么/如何在将refs返回给类成员的情况下返回。换句话说，我想了解运行时的内部工作原理，它可以保证实例成员的ref-return从CLR的内存安全方面起作用。

我所指的具体特征在ref-return documentation中提到，具体说明：

返回值不能是返回它的方法中的局部变量;它的范围必须超出返回它的方法。它可以是类的实例或静态字段，也可以是传递给方法的参数。尝试返回局部变量会生成编译器错误CS8168，“无法通过引用返回本地'obj'，因为它不是ref本地。”

这是一个完整编译和运行的代码片段，演示如何返回实例字段作为ref return：

using System;
using System.Diagnostics;

namespace refreturn
{
    public struct SomeStruct {
        public int X1;
    }

    public class SomeClass {
        SomeStruct _s;
        public ref SomeStruct S => ref _s;
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var x = new SomeClass();                     
            // This will store a direct pointer to x.S
            ref var s = ref x.S;               
            // And now the GC will be free to re-use this memory
            x = null;          
            // Why should s.X1 be considered safe?
            Console.WriteLine(s.X1 + 0x666);
        }
    }
}

我对这段代码的问题是：GC中的底层机制是什么，以确保它在最后一次引用它之后跟踪SomeClass实例应该被设置为null？更确切地说...：

鉴于本地s存储指向SomeClass实例的_s成员的直接指针（从windbg反汇编），其最后的“显式”引用在下一行（x = null）中用null覆盖，GC如何跟踪实时-root到SomeClass实例，这会阻止这个程序崩溃...？

Windbg反汇编：

007ff9`e01504dc e8affbffff      call    00007ff9`e0150090 (refreturn.SomeClass.get_S(), mdToken: 0000000006000001)
                                  //rbp-30h stores the pointer to the struct
00007ff9`e01504e1 488945d0        mov     qword ptr [rbp-30h],rax
                                  // Now it's copied to rcx
00007ff9`e01504e5 488b4dd0        mov     rcx,qword ptr [rbp-30h]
                                  // And now copied to rbp-20h
00007ff9`e01504e9 48894de0        mov     qword ptr [rbp-20h],rcx
00007ff9`e01504ed 33c9            xor     ecx,ecx
                                  // The last reference is overwritten with null
00007ff9`e01504ef 48894de8        mov     qword ptr [rbp-18h],rcx
                                  // rbp-20h is copied to rcx again
00007ff9`e01504f3 488b4de0        mov     rcx,qword ptr [rbp-20h]
                                  // Isn't this a possible boom?!?!?
00007ff9`e01504f7 8b09            mov     ecx,dword ptr [rcx]
00007ff9`e01504f9 81c19a020000    add     ecx,29Ah
00007ff9`e01504ff e85c634c5d      call    mscorlib_ni+0xd56860 (00007ffa`3d616860) (System.Console.WriteLine(Int32), mdToken: 0000000006000b5b)
00007ff9`e0150504 90              nop

Answer 1

 // This will store a direct pointer to x.S
 ref var s = ref x.S; 

它存储一个托管堆内变量的内部指针;指针存储在短期商店的位置。短期商店是GC的根。

// And now the GC will be free to re-use this memory
x = null;   

天哪没有。 GC根目录中有一个活的托管内部指针。

.NET GC /运行时如何确保在SomeClass后备内存被重新用于其他内容之后，这永远不会导致访问冲突或读取野指针？

在内部托管指针不再是GC的根目录之前，不释放该内存。或者，换句话说：通过实现正确的垃圾收集器。

我无法弄清楚你在这里问的是什么问题。 GC可以防止错误，因为这是它唯一的工作，并且它已正确实现。

Answer 2

.NET GC /运行时如何确保在SomeClass后备内存被重新用于其他内容之后，这永远不会导致访问冲突或读取野指针？

出于同样的原因，x将不会引用已经被GC清理过的对象。您知道这一点，因为如果可以通过托管代码访问对象，则不允许GC清理对象。通过x可以到达对象直到你清除它，还有s。 s是对该对象的引用，在确定是否允许收集该对象时，GC需要对其进行处理。