在 .NET 中，提供高性能、非託管或可控內存分配的方式主要有以下幾種，但它們之間存在關鍵區別：

stackalloc

ArrayPool<T>.Shared

Span<T> / Memory<T> (通常與上述方式結合使用)

NativeMemory 類 (用於本地內存分配)

Marshal 類 (特別是 AllocHGlobal 和 CoTaskMemAlloc)

下面我們來詳細解釋它們之間的區別。
對比總結表
特性 stackalloc ArrayPool<T>.Shared NativeMemory / Marshal 常規 new T[]
內存位置 棧（Stack） 託管堆（預先分配的大數組） 非託管堆（Unmanaged Heap） 託管堆（Managed Heap）
內存管理 自動（方法返回時釋放） 手動租借/歸還（池） 手動（必須顯式釋放） 自動（GC 回收）
安全風險 棧溢出（大內存） 無（池化管理） 內存泄漏（若忘記釋放） 無
大小限制 很小（約 1 MB，取決於棧深度） 很大（通常可達 1GB） 很大（受系統內存限制） 很大（受 GC 和系統限制）
性能 極高（無分配壓力，無GC） 高（避免GC，複用數組） 高（但分配/釋放成本高於棧） 較低（有GC壓力）
適用範圍 小型的、短暫的緩衝區 中大型的、頻繁使用的臨時緩衝區 與本地代碼互操作、需要精確控制的大型內存 通用的、長期存在的數組
返回類型 Span<T> (C# 7.2+) T[] 或 ArraySegment<T> void* 或 IntPtr T[]
需要不安全上下文 是（C# 7.2 前）；否（與 Span<T> 一起使用時） 否 是（通常需要） 否
詳細區別與説明

1. stackalloc
   核心特點：在棧上分配內存塊。棧內存的分配和釋放速度極快，因為它只是移動棧指針。

優點：完全沒有垃圾回收（GC）壓力，性能極致。

缺點：

棧空間非常有限。默認棧大小通常為 1-4 MB，分配過大內存（如 stackalloc int[100000]）極易導致棧溢出（StackOverflowException），且此異常無法被捕獲，會導致進程立即終止。

分配的內存的生命週期嚴格限定在所在方法的作用域內。方法返回後，內存自動失效。

適用場景：極其注重性能的熱路徑代碼，且需要分配的緩衝區非常小（例如，處理一個算法中的臨時數組，大小在幾百字節到幾KB之間）。

示例：

// C# 7.2+ 後，可以與 Span<T> 安全地一起使用，無需 unsafe 關鍵字
Span<int> buffer = stackalloc int[128];
for (int i = 0; i < buffer.Length; i++)
{
    buffer[i] = i;
}
// 方法結束時，buffer 自動失效，內存被自動回收

2. ArrayPool<T>.Shared
   核心特點：它是一個託管數組的對象池。你從池中“租借”（Rent）一個數組，用完後“歸還”（Return）給它。池會緩存這些數組以供後續複用。

優點：

避免GC：通過複用數組，大大減少了託管堆上的分配和垃圾回收次數。

安全：沒有棧溢出風險。

可分配較大內存：池中的數組可以很大。

缺點：

需要手動管理：必須記得調用 Return 方法歸還數組，否則失去池化的意義，甚至可能導致問題（例如，租借的數組可能包含舊數據）。

性能略低於 stackalloc，因為它仍然涉及託管堆上的一個數組對象，但遠優於每次都 new T[]。

適用場景：需要頻繁創建和銷燬的中大型臨時數組或緩衝區（例如，網絡IO、文件流處理中的緩衝區）。

示例：

using System.Buffers;

// 從共享池租借一個最小長度為 1024 的數組
int[] largeBuffer = ArrayPool<int>.Shared.Rent(1024);

try
{
    // 使用 largeBuffer
    // 注意：Rent 返回的數組長度可能大於你請求的長度！
    var usableSpan = largeBuffer.AsSpan(0, 1024);
    // ... 處理 usableSpan
}
finally
{
    // 務必在完成後歸還數組
    ArrayPool<int>.Shared.Return(largeBuffer);
}

3. NativeMemory / Marshal 類
   核心特點：在非託管堆上分配原生內存塊。這部分內存完全在 GC 的管轄範圍之外。

優點：

內存大小不受 GC 約束，生命週期完全由開發者控制。

與本地代碼互操作的必備手段（例如，為 P/Invoke 調用準備結構體）。

缺點：

必須手動釋放！忘記調用對應的 Free 方法會導致內存泄漏。

使用指針，通常需要 unsafe 上下文，增加了代碼的複雜性。

分配和釋放成本高於棧，低於或近似於託管堆。

適用場景：

與本地 API 進行互操作。

需要分配非常大且生命週期很長、不希望給 GC 帶來壓力的內存塊。

示例：

using System.Runtime.InteropServices;

unsafe
{
    // 使用 NativeMemory (在 .NET 6+ 中更推薦)
    int* nativeBuffer = (int*)NativeMemory.Alloc(100, sizeof(int));

    // 或者使用傳統的 Marshal
    // IntPtr nativeBufferPtr = Marshal.AllocHGlobal(100 * sizeof(int));
    // int* nativeBuffer = (int*)nativeBufferPtr;

    try
    {
        // 使用 nativeBuffer
        for (int i = 0; i < 100; i++)
        {
            nativeBuffer[i] = i;
        }
    }
    finally
    {
        // 必須手動釋放！
        NativeMemory.Free(nativeBuffer);
        // Marshal.FreeHGlobal(nativeBufferPtr);
    }
}

4. Span<T> 和 Memory<T> 的作用
   需要特別注意的是，Span<T> 和 Memory<T> 本身不是內存分配機制，而是提供了一種統一、安全的方式來訪問各種背襯存儲（Backing Store）上的連續內存。

Span<T>：可以指向 stackalloc 的內存、ArrayPool 的數組、常規 new 的數組、非託管內存等。它是 ref struct，所以只能存在於棧上，這使得它能安全地指向棧內存。

Memory<T>：類似於 Span<T>，但它不是 ref struct，所以可以放在堆上（例如，用於異步方法）。它不能指向棧內存（如 stackalloc 的結果）。

它們是將上述各種分配方式與現代 .NET 代碼連接起來的橋樑，讓你能用相似的 API 操作不同來源的內存。

總結與選擇建議
你的需求 推薦方案
極小（KB級）、短暫、極致性能的緩衝區 stackalloc（務必確保尺寸很小！）
頻繁使用的中大型臨時緩衝區 ArrayPool<T>.Shared（首選，安全高效）
與本地代碼交互或完全控制生命週期的大型內存 NativeMemory / Marshal（記得手動釋放）
普通用途的數組 new T[]（最簡單，但GC有壓力）
簡單來説，stackalloc 是性能最高但限制最大的特殊工具。在大多數需要優化臨時緩衝區分配的場景下，ArrayPool<T>.Shared 是更通用、更安全的選擇。而與非託管世界打交道時，則必須使用 NativeMemory 或 Marshal 類。