.NET的堆和栈01,基本概念、值类型内存分配

当我们对.NET Framework的一些基本面了解之后，实际上，还是很有必要了解一些更底层的知识。比如.NET Framework是如何进行内存管理的，是如何垃圾回收的......这样，我们才能写出更高性能的程序。

在.NET Framework中，有2个地方帮我们保存管理数据：一个是"堆"，也叫"托管堆"，由.NET Framework的垃圾收集器(Garbage Collection, GC)管理；另一个是"栈"，也叫"线程堆栈"，由操作系统直接管理。它们都寄宿在操作系统内存。

本篇主要包括：
■  什么是"栈"
■  什么是"堆"
■  值类型内存分配
    ※  在方法内的值类型内存分配
    ※  在引用类型内部的值类型内存分配
■  练习题

什么是"栈"

可以把"栈"想像成由下而上堆叠起来的盒子，值类型实例存储于此。

在应用程序中，每当调用一个方法，就相当于在"堆"上放上了一个盒子A，这时，应用程序只能使用处在"栈"最上方、刚被放上的这个盒子A，当方法执行结束，相当于把最上方的盒子A扔掉。接下来，刚才还在A下面的盒子B就处在"栈"的最上方了，于是应用程序又开始使用盒子B，以此类推。而且，每当把最上面的盒子扔掉，其对应的内存也被自动释放。

栈的优点是执行效率高，缺点是存储容量有限。

在.NET Framework中，所有派生于System.ValueType的就是值类型，值类型实例位于"栈"。值类型包括：
● bool
● byte
● char
● decimal
● double
● enum
● float
● int
● long
● sbyte
● short
● stuct
● uint
● ulong
● short

什么是"堆"

可以把"堆"想像成一些摆放无序的盒子，引用类型实例存储于此。

我们可以在任何时候，使用任何盒子。我们需要借助垃圾收集器(Garbage Collection, GC)的自动回收机制或手动处理，以保证"堆"的盒子被及时回收。

另外，根据引用类型实例的大小，"堆"分为"GC堆"和"LOH(Large Object Heap)堆"，当引用类型实例大小小于85000个字节的时候，实例被分配在"GC堆"上；当实例大小大于或等于于85000个字节的时候，实例被分配在"LOH(Large Object Heap)堆"。

在.NET Framework中，所有派生于System.Object的就是引用类型，引用类型实例位于"堆"。引用类型包括：
● 类 class
● 接口 interface
● 委托 delegate
● object
● string

值类型内存分配

在方法内的值类型内存分配

public int Add(int x)
{
    int result;
    result = x + 2;
    return result;
}

1、在执行Add(int x)方法之前，方法参数x被存放到"栈"的顶部。

2、在"method table"中搜寻Add()方法，如果找不到，就让JIT及时编译再存放到"method table"中去。

3、开始执行Add(int x)方法，局部变量result也需要"栈"中的一些内存。

4、当方法执行完毕，先释放result,再释放x，线程堆栈指针重新指向。

在引用类型内部的值类型内存分配

public class MyClass
{
    public int MyValue;
}
 
public MyClass Add(int x)
{
    MyClass result = new MyClass();
    result.MyValue = x + 2;
    return result;
}

1、在执行Add(int x)方法之前，方法参数x被存放到"栈"的顶部。

2、在"method table"中搜寻Add()方法，如果找不到，就让JIT及时编译再存放到"method table"中去。

3、开始执行Add(int x)方法，执行MyClass result = new MyClass()
先在托管堆上创建一个MyClass的实例，然后在栈上开辟一块空间并指向实例地址。

4、当方法执行完毕，在栈中由上到下依次释放内存。

此时，在托管堆上的MyClass实例如何处理呢？

5、此时，垃圾回收器登场了，他在托管堆中搜寻那些不再被引用的对象实例，然后实施回收。

练习题

public int ReturnValue()
          {
                int x = new int();
                x = 3;
                int y = new int();
                y = x;
                y = 4;
                return x;
          }

结果是：3， 因为值类型x变量，在方法执行结束之前，一直存在于栈上。

public int ReturnValue2()
          {
                MyInt x = new MyInt();
                x.MyValue = 3;
                MyInt y = new MyInt();
                y = x;
                y.MyValue = 4;
                return x.MyValue;
          }

结果是：4，因为，当通过y=x把x赋值给y时，实际上是把x在托管堆上的地址赋值y，也就是，栈上的x和y都指向托管堆上的同一个对象实例，改变y的字段值，相当于改变x的字段值。

参考资料：
C# Heap(ing) Vs Stack(ing) in .NET: Part I
《你必须知道的.NET(第2版)》，作者王涛。

".NET的堆和栈"系列包括：

.NET的堆和栈01,基本概念、值类型内存分配

.NET的堆和栈02,值类型和引用类型参数传递以及内存分配

.NET的堆和栈03,引用类型对象拷贝以及内存分配

.NET的堆和栈04,对托管和非托管资源的垃圾回收以及内存分配