ref struct实例能否被GC移动？托管线程栈是否可被GC迁移？

核心疑问 #

• ref struct仅能存活于栈上，那GC是否会移动托管线程的栈本身？
• 如下示例代码中，获取栈上ref struct的指针后，后续这个指针会不会失效？

Foo foo = new();
ref var fooRef = ref foo;
Foo * ptr;
fixed (Foo* p = &fooRef)
    ptr = p;

// 此处`ptr`是否会失效？
// 尽管我们知道Foo因被保证在栈上而不会移动？还是栈地址会变动？
// 或许GC会移动整个线程进而移动其栈？

ref struct Foo {}

结论与分析 #

GC不会移动托管线程的栈 #

托管线程的栈是由操作系统分配和管理的内存区域，GC只负责托管堆的内存管理（分配、回收、移动对象），完全不会干预栈内存的布局或移动。栈的地址在线程生命周期内是固定的，不会因为GC操作而改变。

示例代码中的ptr不会失效 #

foo是栈上的ref struct实例，只要它还处于当前作用域（未出栈），其内存地址就始终稳定。这里的fixed语句其实是冗余的——fixed的作用是固定堆上的可移动对象，防止GC移动它们，但ref struct本身就在栈上，不存在被GC移动的可能。离开fixed块后，ptr依然指向foo的有效栈地址，不会失效。

栈上树结构的实现安全性 #

背景：编写纯栈上的树结构，因C#不允许ref struct包含自身类型的ref字段，故使用指针实现：

using System;
using System.Diagnostics;

#pragma warning disable CS8500

readonly unsafe ref struct TreeNode<T>
{
    [DebuggerBrowsable(DebuggerBrowsableState.Never)]
    private readonly TreeNode<T> * parent;
    public readonly T Value;

    public TreeNode(T value) => Value = value;
    public TreeNode(T value, in TreeNode<T> parent) : this(value)
    {
        fixed (TreeNode<T> * ptr = &parent)
            this.parent = ptr;
    }

    public Boolean HasParent => parent != null;
    public ref TreeNode<T> Parent => ref *parent;
}

这个实现是安全的，前提是所有TreeNode<T>实例都严格遵循ref struct的约束（存活于栈上）：

• 栈上变量的地址在其生命周期内固定，父节点的指针不会因GC操作失效；
• 代码中的fixed语句同样冗余，in参数传递的ref struct本身就在栈上，地址天然稳定，无需固定；
• 需要注意父节点的生命周期必须长于子节点，否则子节点的parent指针会指向已出栈的无效内存（栈内存出作用域后会被复用，但不会被GC回收）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nick Strupat