C# HashSet容量充足时每次Add仍分配内存的技术问询

我通过BenchmarkDotNet编写基准测试，验证HashSet<Point>.Add方法的内存分配情况，结果超出预期：明明HashSet的容量足够容纳单个元素，在执行Clear()后调用Add()添加单个结构体元素，却每次都会产生24字节的内存分配，总分配量为迭代次数×24字节。

测试代码 #

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;
using System.Collections.Generic;

public struct Point
{
    public int X, Y;
}

[MemoryDiagnoser]
public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        BenchmarkRunner.Run<Program>();
    }

    [Params(10, 500, 1000)]
    public int ArrayLength { get; set; }

    [GlobalSetup]
    public void Setup()
    {
        hs = new HashSet<Point>(100);  // 初始化容量为100，确保有足够空间容纳单个元素
        p = new Point();               // 在Setup中初始化结构体实例
        hs.Add(p);                     // 预热执行，确保HashSet中已有至少一个元素
    }

    Point p;
    HashSet<Point> hs;

    [Benchmark]
    public void Struct()
    {
        for (var i = 0; i < ArrayLength; i++)
        {                              // 多次重复执行测试操作
            hs.Clear();                // 清空HashSet，使其元素数为0
            hs.Add(p);                 // 重新添加单个元素
        }
    }
}

补充验证细节 #

为定位问题，我做了以下验证：

• 仅执行hs.Clear()时，无任何内存分配
• 修改Point结构体的字段数量后，单次Add()的分配字节数会随之改变
• 单独测试结构体复制操作，确认该过程无内存分配，排除结构体复制导致分配的可能，验证代码如下：

private Point t;
public void Test(Point p){
    t = p;
}

[Benchmark]
public void Struct()
{
    var test = new Point(1, 2);
    Test(test);
}

该测试结果显示无内存分配，说明结构体复制不是导致问题的原因。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ApmeM