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linq 查询的结果会开辟新的内存吗?


一:背景

1. 讲故事

linq 查询的结果会开辟新的内存吗?

昨天群里有位朋友问:linq 查询的结果会开辟新的内存吗?如果开了,那是对原序列集里面元素的深拷贝还是仅仅拷贝其引用?

其实这个问题我觉得问的挺好,很多初学 C# 的朋友或多或少都有这样的疑问,甚至有 3,4 年工作经验的朋友可能都不是很清楚,这就导致在写代码的时候总是会畏手畏脚,还会莫名的揪心这样玩的话内存会不会暴涨暴跌,这一篇我就用 windbg 来帮助朋友彻底分析一下。

二:寻找答案

1. 一个小案例

这位老弟提到了是深拷贝还是浅拷贝,本意就是想问: linq 一个引用类型集合 到底会怎样? 这里我先模拟一个集合,代码如下:

     class Program     {         static void Main(string[] args)         {             var personList = new List<Person>() {                                               new Person() { Name="jack", Age=20 },                                               new Person() { Name="elen",Age=25,  },                                               new Person() {  Name="john", Age=22 }                                             };              var query = personList.Where(m => m.Age > 20).ToList();              Console.WriteLine($"query.count={query.Count}");              Console.ReadLine();         }     }      class Person     {         public string Name { get; set; }          public int Age { get; set; }     }  

linq 查询的结果会开辟新的内存吗?

2. 真的是深copy吗?

如果用 windbg 的话,就非常简单了,假设是深copy 的话,那么 query 之后,托管堆上就会有 5个 Person,那是不是这样呢? 用 !dumpheap -stat -type Person 到托管堆验证一下即可。

 0:000> !dumpheap -stat -type Person Statistics:               MT    Count    TotalSize Class Name 00007ff7f27c3528        1           64 System.Func`2[[ConsoleApp5.Person, ConsoleApp5],[System.Boolean, System.Private.CoreLib]] 00007ff7f27c2b60        2           64 System.Collections.Generic.List`1[[ConsoleApp5.Person, ConsoleApp5]] 00007ff7f27c9878        1           72 System.Linq.Enumerable+WhereListIterator`1[[ConsoleApp5.Person, ConsoleApp5]] 00007ff7f27c7a10        3          136 ConsoleApp5.Person[] 00007ff7f27c2ad0        3           96 ConsoleApp5.Person  

从最后一行输出可以看到: ConsoleApp5.Person 的 Count=3,也就表明没有所谓的深copy,如果你还不信的话,可以在 query 中修改某一个Person的Age,看看原始的 personList 集合是不是同步更新,修改代码如下:

         static void Main(string[] args)         {             var personList = new List<Person>() {                                               new Person() { Name="jack", Age=20 },                                               new Person() { Name="elen",Age=25,  },                                               new Person() {  Name="john", Age=22 }                                             };              var query = personList.Where(m => m.Age > 20).ToList();              //故意修改 Age=25 为  Age=100;              query[0].Age = 100;              Console.WriteLine($"query[0].Age={query[0].Age}, personList[2].Age={personList[1].Age}");              Console.ReadLine();         }  

linq 查询的结果会开辟新的内存吗?

从截图来看更加验证了 并没有所谓的 深copy 一说。

3. 真的是 copy 引用吗?

要验证是不是 copy 引用,最粗暴的方法就是看看 query 这个数组在 托管堆上的存储行态就明白了,同样你也可以借助 windbg 去验证一下,先到线程栈去找 query 变量,然后用 da 命令 对 query 进行打印。

 0:000> !clrstack -l OS Thread Id: 0x809c (0)         Child SP               IP Call Site 000000E143D7E9B0 00007ff7f26f18be ConsoleApp5.Program.Main(System.String[]) [E:net5ConsoleApp5ConsoleApp5Program.cs @ 20]     LOCALS:         0x000000E143D7EA38 = 0x00000218266aab70         0x000000E143D7EA30 = 0x00000218266aad98  0:000> !do 0x00000218266aad98 Name:        System.Collections.Generic.List`1[[ConsoleApp5.Person, ConsoleApp5]] MethodTable: 00007ff7f27b2b60 EEClass:     00007ff7f27abad0 Size:        32(0x20) bytes File:        C:Program FilesdotnetsharedMicrosoft.NETCore.App3.1.9System.Private.CoreLib.dll Fields:               MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name 0000000000000000  4001c35        8              SZARRAY  0 instance 00000218266aadb8 _items 00007ff7f26bb1f0  4001c36       10         System.Int32  1 instance                2 _size 00007ff7f26bb1f0  4001c37       14         System.Int32  1 instance                2 _version 0000000000000000  4001c38        8              SZARRAY  0   static dynamic statics NYI                 s_emptyArray  0:000> !da 00000218266aadb8 Name:        ConsoleApp5.Person[] MethodTable: 00007ff7f27b7a10 EEClass:     00007ff7f26b6580 Size:        56(0x38) bytes Array:       Rank 1, Number of elements 4, Type CLASS Element Methodtable: 00007ff7f27b2ad0 [0] 00000218266aac00 [1] 00000218266aac20 [2] null [3] null  

从最后四行代码可以看出数组有 4 个格子,前2个格子放的是内存地址,后两个都是 null,可能有些朋友会问,query 不是 2 条记录吗? 怎么会有 4 个格子呢? 这是因为 query 是 List 结构,而 List 底层用的是数组,默认以 4 个格子起步,不信的话翻一下 List 原代码即可。

     public class List<T>     {         private void EnsureCapacity(int min)         {             if (_items.Length < min)             {                 int num = (_items.Length == 0) ? 4 : (_items.Length * 2);   //默认 4 个大小                 if ((uint)num > 2146435071u)                 {                     num = 2146435071;                 }                 if (num < min)                 {                     num = min;                 }                 Capacity = num;             }         }     }  

如果你想进一步查看数组中前两个元素 00000218266aac00, 00000218266aac20 指向的是什么,可以用 !do 打印一下即可。

 0:000> !do 00000218266aac00 Name:        ConsoleApp5.Person MethodTable: 00007ff7f27b2ad0 EEClass:     00007ff7f27c2a00 Size:        32(0x20) bytes File:        E:net5ConsoleApp5ConsoleApp5binDebugnetcoreapp3.1ConsoleApp5.dll Fields:               MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name 00007ff7f2771e18  4000001        8        System.String  0 instance 00000218266aab30 <Name>k__BackingField 00007ff7f26bb1f0  4000002       10         System.Int32  1 instance               25 <Age>k__BackingField 0:000> !do 00000218266aac20 Name:        ConsoleApp5.Person MethodTable: 00007ff7f27b2ad0 EEClass:     00007ff7f27c2a00 Size:        32(0x20) bytes File:        E:net5ConsoleApp5ConsoleApp5binDebugnetcoreapp3.1ConsoleApp5.dll Fields:               MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name 00007ff7f2771e18  4000001        8        System.String  0 instance 00000218266aab50 <Name>k__BackingField 00007ff7f26bb1f0  4000002       10         System.Int32  1 instance               22 <Age>k__BackingField  

到这里为止,我觉得回答这位朋友的疑问应该是没有问题了,不过这里既然说到了集合中的引用类型,不得不说一下集合中的值类型又会是怎么样的?

三:集合中的值类型是什么样的copy方式

1. 使用 windbg 验证

有了上面的基础,验证这个问题的答案就简单了,先上测试代码

         static void Main(string[] args)         {             var list = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,8,9,10 };              var query = list.Where(m => m > 5).ToList();              Console.ReadLine();         }  

然后直接把整个数组内容打印出来

 // list 0:000> !DumpArray /d 0000019687c8aba8 Name:        System.Int32[] MethodTable: 00007ff7f279f090 EEClass:     00007ff7f279f010 Size:        88(0x58) bytes Array:       Rank 1, Number of elements 16, Type Int32 Element Methodtable: 00007ff7f26cb1f0 [0] 0000019687c8abb8 [1] 0000019687c8abbc [2] 0000019687c8abc0 [3] 0000019687c8abc4 [4] 0000019687c8abc8 [5] 0000019687c8abcc [6] 0000019687c8abd0 [7] 0000019687c8abd4 [8] 0000019687c8abd8 [9] 0000019687c8abdc [10] 0000019687c8abe0 [11] 0000019687c8abe4 [12] 0000019687c8abe8 [13] 0000019687c8abec [14] 0000019687c8abf0 [15] 0000019687c8abf4  // query 0:000> !DumpArray /d 0000019687c8ae68 Name:        System.Int32[] MethodTable: 00007ff7f279f090 EEClass:     00007ff7f279f010 Size:        56(0x38) bytes Array:       Rank 1, Number of elements 8, Type Int32 Element Methodtable: 00007ff7f26cb1f0 [0] 0000019687c8ae78 [1] 0000019687c8ae7c [2] 0000019687c8ae80 [3] 0000019687c8ae84 [4] 0000019687c8ae88 [5] 0000019687c8ae8c [6] 0000019687c8ae90 [7] 0000019687c8ae94  

仔细对比 list 和 query 的数组呈现,发现有两点好玩的信息:

  • 值类型和引用类型一样,数组中都是存放地址的。

  • 值类型数组中的所有格子都被填满,不像引用类型数组中还有 null 的情况。

接下来的问题是,数组中每个元素的地址到底指向了谁,可以挑出每个数组的 0 号元素地址,用 dp 命令看一看:

 //list 0:000> dp 0000019687c8abb8 00000196`87c8abb8  00000002`00000001 00000004`00000003 00000196`87c8abc8  00000006`00000005 00000008`00000007 00000196`87c8abd8  0000000a`00000009 00000000`00000000  //query 0:000> dp 0000019687c8ae78 00000196`87c8ae78  00000007`00000006 00000009`00000008 00000196`87c8ae88  00000000`0000000a 00000000`00000000  

看到没有,原来地址上面存放的都是数字值,深copy无疑哈。

四:总结

以上所有的分析可以得出:引用类型数组是引用copy,值类型数组是深copy,有时候背诵得来的东西总是容易忘记,只有实操验证才能真正的刻骨铭心!🤭🤭🤭

更多高质量干货:参见我的 GitHub: dotnetfly

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