Копирование и закрепление

Статья
08/11/2011

При маршалинге данных маршалер взаимодействия может копировать или фиксировать маршалируемые данные. При копировании копия данных из одной группы ячеек памяти помещается в другую группу ячеек памяти. На следующем рисунке показаны различия между копированием для типа, передаваемого по значению, и для типа, передаваемого по ссылке, из управляемой в неуправляемую память.

Типы значений, передаваемые по значению и по ссылке

Аргументы методов, передаваемые по значению, маршалируются в неуправляемый код как значения в стеке. Процесс копирования является прямым. Аргументы, передаваемые по ссылке, передаются в стек как указатели. Ссылочные типы также передаются по значению и по ссылке. Как показано на следующих рисунках, ссылочные типы, передаваемые по значению, либо копируются, либо закрепляются.

Ссылочные типы, передаваемые по значению и по ссылке

COM-взаимодействие

При закреплении данные временно фиксируются в текущем месте памяти, что предотвращает их перемещение сборщиком мусора среды CLR. Упаковщик закрепляет данные, чтобы уменьшить дополнительные издержки на копирование и улучшить производительность. Будут ли данные копироваться или фиксироваться при маршалинге — зависит от типа данных. Для таких объектов, как String, закрепление во время маршалинга выполняется автоматически, но память также можно закрепить вручную при помощи класса GCHandle.

Форматированные преобразуемые классы

Для форматированных преобразуемых классов используется фиксированное размещение в памяти (форматирование) и единое представление данных как в управляемой, так и в неуправляемой памяти. Когда для таких типов требуется маршалинг, указатель на объект в куче передается непосредственно вызываемому объекту. Вызываемый объект может изменить содержимое области памяти, на которую ссылается указатель.

Примечание
Вызываемый объект может изменять содержимое памяти, если этот параметр помечен как Out или In/Out.Напротив, вызываемый объект не должен вносить изменения в содержимое, когда при упаковке и передаче этот параметр установлен равным In, что является значением по умолчанию для форматированных преобразуемых типов.Изменение объекта с меткой In создает проблемы, когда один и тот же класс экспортируется в библиотеку типов и используется для межконтейнерных вызовов.

Вызываемый объект может изменять содержимое памяти, если этот параметр помечен как Out или In/Out.Напротив, вызываемый объект не должен вносить изменения в содержимое, когда при упаковке и передаче этот параметр установлен равным In, что является значением по умолчанию для форматированных преобразуемых типов.Изменение объекта с меткой In создает проблемы, когда один и тот же класс экспортируется в библиотеку типов и используется для межконтейнерных вызовов.

Форматированные непреобразуемые классы

Для форматированных непреобразуемых классов используется фиксированное размещение в памяти (форматирование), но представление данных в управляемой и неуправляемой памяти оказывается различным. Преобразование этих данных может потребоваться при следующих условиях:

Если для непреобразуемого класса выполняется маршалинг по значению, вызываемый объект получает указатель на копию структуры данных.
Если для непреобразуемого класса выполняется маршалинг по ссылке, вызываемый объект получает указатель на указатель на копию структуры данных.
Если установлен атрибут InAttribute, эта копия всегда инициализируется с помощью состояния экземпляра, при необходимости выполняется маршалинг.
Если установлен атрибут OutAttribute, состояние всегда копируется обратно в экземпляр при возвращении, при необходимости выполняется маршалинг.
Если установлены оба атрибута, InAttribute и OutAttribute, требуются обе копии. Если любой из атрибутов опущен, упаковщик может выполнить оптимизацию и удалить любую копию.

Ссылочные типы

Ссылочные типы могут быть переданы по значению и по ссылке. При передаче по значению указатель на тип. При передаче по ссылке в стек передается указатель на указатель на тип.

Ссылочные типы обладают следующим условным поведением:

Если ссылочный тип передается по значению, а его члены являются непреобразуемыми типами, преобразование этих типов происходит дважды:
- При передаче аргумента на неуправляемую сторону.
- При возврате из вызова.
Для предотвращения необязательного копирования и преобразования маршалинг таких типов производится как маршалинг параметров In. Чтобы вызывающий объект увидел изменения, произведенные вызываемым объектом, к аргументу необходимо в явном виде применить атрибуты InAttribute и OutAttribute.
Если ссылочный тип передан по значению и содержит элементы только преобразуемых типов, во время маршалинга он может быть зафиксирован, и любые изменения, внесенные в его элементы вызываемым объектом, будут видны вызывающему объекту. Если требуется такое поведение, можно применять атрибуты InAttribute и OutAttribute в явном виде. Без таких атрибутов направления маршалер взаимодействия не экспортирует сведения о направлении в библиотеку типов (он устанавливает все значения в In, что является значением по умолчанию), а это может вызвать проблемы с кросс-апартаментным маршалингом COM.
Если ссылочный тип передается по ссылке, по умолчанию он будет маршалироваться как In/Out.

System.String и System.Text.StringBuilder

При маршалинге данных в неуправляемый код по значению или по ссылке маршалер обычно копирует данные во вторичный буфер (возможно, преобразуя при копировании кодировку) и передает вызываемому объекту ссылку на этот буфер. Если ссылка не является ссылкой a BSTR, выделяемой с помощью SysAllocString, соответствующая память всегда выделяется с помощью CoTaskMemAlloc.

С целью оптимизации при маршалинге любого строкового типа по значению (такого, как символьная строка в кодировке Юникод) маршалер передает вызываемому объекту прямой указатель на управляемые строки во внутреннем буфере с кодировкой Юникод вместо копирования строк в новый буфер.

Внимание
При передаче строки по значению вызываемый объект никогда не должен изменять ссылку, переданную упаковщиком.В противном случае может управляемая куча может быть повреждена.

При передаче строки System.String по ссылке упаковщик перед вызовом копирует содержимое этой строки во вторичный буфер. Затем, при возврате из вызова, содержимое буфера копируется в новую строку. Этот прием гарантирует, что неизменяемая управляемая строка не будет изменена.

При передаче System.Text.StringBuilder по значению упаковщик передает ссылку на внутренний буфер StringBuilder прямо в вызывающий объект. Вызывающий и вызываемый объекты должны согласовать размер этого буфера. Вызывающий объект отвечает за создание StringBuilder нужной длины. Вызываемый объект должен соблюдать необходимые меры предосторожности и не превышать границы этого буфера. StringBuilder — это исключение из правила, в соответствии с которым ссылочные типы, переданные по значению, передаются по умолчанию как параметры In. Этот тип всегда передается как In/Out.