C# 12.0 的内联数组

在最近的 C# 12.0 和 .NET 8.0 介绍了一个新的特性：内联数组。内联数组被设计用来提升性能和内存效率。这种数据结构是把数组直接内嵌在一个结构中，这样就避免为数组单独分配堆空间，提高了引用位置性以及减少了垃圾回收的开销。

我们先来看一个例子：

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

[InlineArray(4)] // Specifies an inline array with 4 elements.
public struct InlineIntArray
{
    public int Element;
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        InlineIntArray array = default;

        // Access and modify elements like a regular array.
        array[0] = 10;
        array[1] = 20;
        array[2] = 30;
        array[3] = 40;

        // Iterate over the elements
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            Console.WriteLine(array[i]);
        }
    }
}

这个例子里的要点：

1. [InlineArray(4)] 声明了一个和具有4个元素数组行为相似的结构
2. 结构以内联方式存储数组元素，这意味着元素是结构内存的一部分
3. 访问语法：使用与标准数组相同的索引语法（array[0]、array[1]等）访问元素

内联数组是在结构内部声明的固定大小数组。
与普通数组不同，内联数组位于堆栈（对于值类型）或结构内部，而不是在堆上单独分配。
在编译时已知数组大小较小的高性能情况下，这一点尤其有用。

为什么使用内联阵列？
1. 提高性能：

由于数组是结构体的一部分，因此缓存定位性更好。
减少固定大小的小型数组的堆分配开销。
2. 减少垃圾回收压力：

内联数组采用堆分配（对于值类型），避免了堆分配，从而减少了垃圾回收开销。
3. 易于使用：

简化了结构设计，适用于经常使用小型数组的情况。

比较:

特性	内联数组	普通数组
存储方式	栈	堆
大小	在编译时固定	动态
垃圾回收	对于值类型，不用回收	是
性能	适用小型固定数组	增加堆开销
灵活性	硬性（大小和类型在编译时固定）	高灵活性

通过以上比较，我们可以预见到内联数组比较适合这些场景：

高性能数据结构：

需要小型固定大小数组的场景，减少堆分配。
游戏开发：

常用于游戏引擎中的空间数据、物理计算或渲染管道。
嵌入式系统：

适用于对内存管理和性能要求较高的环境。

总而言之，在高性能环境中，尤其是嵌入结构体中的固定大小的小数组中，内联数组大放异彩。