Что такое stackalloc и unsafe код — когда оправдано?

#stackalloc: память на стеке

// Безопасный вариант (C# 7.2+): без unsafe, с проверкой границ
Span<byte> buffer = stackalloc byte[128];
int written = Encoding.UTF8.GetBytes("hello", buffer);
Process(buffer[..written]);

// Паттерн: стек для маленьких данных, пул для больших
const int StackLimit = 256;
byte[]? rented = null;
Span<byte> buf = length <= StackLimit
    ? stackalloc byte[StackLimit]
    : (rented = ArrayPool<byte>.Shared.Rent(length));
try
{
    // работа с buf[..length]
}
finally
{
    if (rented is not null) ArrayPool<byte>.Shared.Return(rented);
}

#unsafe-код и указатели

// <AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks> в .csproj
public static unsafe int SumBytes(byte[] data)
{
    int sum = 0;
    fixed (byte* start = data)             // pin: GC не сдвинет массив внутри блока
    {
        byte* p = start;
        byte* end = start + data.Length;
        while (p < end) sum += *p++;       // без проверки границ
    }
    return sum;
}

Закреплённые объекты мешают уплотнению кучи (фрагментация), поэтому fixed должен быть коротким. Для долгоживущих закреплённых буферов — GC.AllocateArray<byte>(n, pinned: true) (попадает в Pinned Object Heap).

#Возможности unsafe

#Когда это оправдано

#1. Взаимодействие с нативным кодом

public static partial class Native
{
    [LibraryImport("libsodium", EntryPoint = "randombytes_buf")]
    public static unsafe partial void RandomBytes(byte* buffer, nuint size);
}

Span<byte> key = stackalloc byte[32];
unsafe
{
    fixed (byte* p = key) Native.RandomBytes(p, (nuint)key.Length);
}

#2. Горячие пути, где проверки границ заметны

Парсеры бинарных форматов, хэш-функции, обработка изображений, векторизация (Vector128<T>, Vector256<T>). Но сначала — бенчмарк: JIT часто сам убирает проверки границ в простых циклах for (i = 0; i < arr.Length; i++).

#3. Маленькие временные буферы

Форматирование чисел, кодирование, преобразование GUID — stackalloc + Span без unsafe.

#Когда не нужно

• Бизнес-логика, CRUD, веб-контроллеры — никакого выигрыша, только риск.
• «Для скорости» без профилирования. Современный JIT и Span<T> дают почти ту же производительность безопасно.
• Когда есть готовый API: MemoryMarshal.Cast, BinaryPrimitives.ReadInt32LittleEndian, BitConverter.TryWriteBytes.

#Вопросы на засыпку

#Итог

stackalloc через Span<T> — безопасный и полезный инструмент для маленьких временных буферов. unsafe и указатели — для interop и редких горячих путей после профилирования. В обоих случаях размер и время жизни памяти должны быть строго контролируемы.