C# 7.0 新特性4： 返回引用
本文参考Roslyn项目中的Issue:#118。
1. C# 7.0 新特性1： 基于Tuple的“多”返回值方法
C#早在最初的发行版C# 1.0中（2002年1月），就借鉴并延续了C/C++中指针参数，原生允许将值类型数据的引用（指针）通过标记ref参数的形式，传递到方法体中。
但对于方法内的值类型引用，该如何以引用的方式返回，却一直以来没有一个非常完美的解决方案，尽管这种用例非常少见。
提一个简单的问题，我们需要获取三个int中的最大值的引用。
我们照惯例，回顾下C#7.0之前的做法：
C/C++指针
我们回归到C/C++中，这个问题没有什么好争议的，实现起来会很理所应当的是这样的：
1 int* Max(int* first, int* second, int* third) { 2 int* max = *first > *second ? first : second; 3 return *max > *third ? max : third; 4 } 5 .... 6 int a = 1, b = 2, c = 3; 7 int* max = Max(&a, &b, &c); 8 *max = 4; // c == 4;
下面我们思考一下C#中怎么合理的翻译这段代码。
/unsafe 指令
可能有的童鞋看到C/C++指针，已经想到了.NET编译指令中，开启/unsafe指令，它允许C#直接访问内存。的确，只要在项目中勾选“Allow unsafe code”。
就可以通过下面这种几乎和C/C++中一致方式来做到：
1 unsafe static int* Max(int* first, int* second, int* third) 2 { 3 int* max = *first > *second ? first : second; 4 return *max > *third ? max : third; 5 } 6 .... 7 int a = 1, b = 2, c = 3; 8 unsafe 9 { 10 int* max = Max(&a, &b, &c); 11 *max = 4; // c == 4 12 }
但unsafe并不是C# 推荐使用的，它绕过了CLR的内存安全机制，指针的不安全滥用会被允许，容易使你的指针指到各种非预期的目标，比如允许访问已经返回(被释放)的调用栈(call stack)，我们来做一个实验。
1 unsafe static int* GetRef() 2 { 3 //Some codes 4 int i = 4; 5 return &i; 6 } 7 unsafe static void Main(string[] args) 8 { 9 int* num = GetRef(); 10 Console.WriteLine(*num); // 4 11 //Some codes 12 Console.WriteLine(*num); // 不可预期 13 }
这是非常典型的一种错误，当GetRef()的调用返回后，它的调用堆栈被释放，我们尝试获取它本地的引用(num)时，如果GetRef遗留在内存的栈结构侥幸没有被重新分配，我们依然可以获取到。
但正常情况下，我们的逻辑一旦需要做一些其它处理（包括第一次Console.WriteLine()的调用本身），num所在的这块不安全内存自然会被覆盖。
虽然这是一段本身错误的代码，但站在语言层面，并没有做任何完全可以做的规避。（C/C++中同样存在这个问题）
返回模型对象
当然，其实C#6.0及以前，我们还有一种比较常见的方案：将有必要返回引用的值类型封装在一个寄宿模型类中。
由于对象以引用heap的地址传递，引用目标不在调用栈(call stack)上，不会由于函数返回而被释放。
1 static HostModel Max(HostModel first, HostModel second, HostModel third) 2 { 3 HostModel max = first.Value > second.Value ? first : second; 4 return max.Value > third.Value ? max : third; 5 }
这种类似做法被广泛应用在Model传递，DTO等场景中，无可厚非。。
但是如果在性能要求敏感，且数据和逻辑结构简单的场景下，为一个简单数据凭空多了一组装箱和拆箱动作，以对象形式在heap中申请本没有必要的内存，是一种非常浪费和奢侈的做法。
引用返回
C#7.0 中引入了引用返回(ref return)的概念，允许C#方法中返回一个值类型的引用。
Issue:#118。中给出了下面的例子：
1 static ref int Max(ref int first, ref int second, ref int third) 2 { 3 ref int max = first > second ? ref first : ref second; 4 return max > third ? ref max : ref third; 5 } 6 … 7 int a = 1, b = 2, c = 3; 8 Max(ref a, ref b, ref c) = 4; 9 Debug.Assert(a == 1); // true 10 Debug.Assert(b == 2); // true 11 Debug.Assert(c == 4); // true
这样，我们通过C#7.0，能直接将调用栈（call stack）上的引用返回。
并且，对于体积较大的结构体（struct），返回引用比传递结构值要快很多，因为结构体的赋值会对整个结构进行拷贝。
另外需要注意的是，ref return的引用，在语言层面附加规则，不允许返回方法内的局部变量的引用，换句话说，被返回的堆栈地址，必须低于当前方法的入口地址。
总结
我们从另一个侧面看这个feature，其实是对性能要求极致情况下出现的考虑，对于目前大多数的.NET应用中，其实用例非常局限，也并非以往.NET侧重的方面。。
但是Roslyn项目在C#7.0设计初期就加入这个feature，是否隐含了更长远的考量？
我们再看看微软最近的新闻就不难理解了，本月初（6月1日）微软在北京举办的开发者峰会上，Satya Nadella宣布建立物联网实验室，峰会上还发布了微软的IoT套件。
近期微软还发布了Windows的IoT版本（Windows IoT）,刚刚发布的.NET Core也允许跑在装有Windows IoT 的 Raspberry PI（树莓派）等设备上。
在这些对惜内存如金的端设备上，C#想要有一席用武之地，不可避免的需要一改以往对内存的任性的一些设计，也就可以理解了。这或许是C#7.0加入ref return的一个重要的原因。
本文链接：http://www.cnblogs.com/ylvict/p/5633480.html (转载请注明)
目前(2016年7月)C#7.0还未正式发布，大家如果想体验部分特性，可以去下载VS15预览版，最终发布的语法可能和本文中提及的有所不同，最新动态请大家关注Roslyn项目。
