[你必须知道的.NET]第十八回：对象创建始末（上）

本文将介绍以下内容：

• 对象的创建过程
• 内存分配分析
• 内存布局研究

1. 引言

了解.NET的内存管理机制，首先应该从内存分配开始，也就是对象的创建环节。对象的创建，是个复杂的过程，主要包括内存分配和初始化两个环节。例如，对象的创建过程可以表示为：

FileStream fs = new FileStream(@"C:"temp.txt", FileMode.Create);

通过new关键字操作，即完成了对FileStream类型对象的创建过程，这一看似简单的操作背后，却经历着相当复杂的过程和周折。

本篇全文，正是对这一操作背后过程的详细讨论，从中了解.NET的内存分配是如何实现的？

2. 内存分配

关于内存的分配，首先应该了解分配在哪里的问题。CLR管理内存的区域，主要有三块，分别为：

·       线程的堆栈，用于分配值类型实例。堆栈主要由操作系统管理，而不受垃圾收集器的控制，当值类型实例所在方法结束时，其存储单位自动释放。栈的执行效率高，但存储容量有限。

·       GC堆，用于分配小对象实例。如果引用类型对象的实例大小小于85000字节，实例将被分配在GC堆上，当有内存分配或者回收时，垃圾收集器可能会对GC堆进行压缩，详情见后文讲述。

·       LOH（Large Object Heap）堆，用于分配大对象实例。如果引用类型对象的实例大小不小于85000字节时，该实例将被分配到LOH堆上，而LOH堆不会被压缩，而且只在完全GC回收时被回收。

本文讨论的重点是.NET的内存分配机制，因此下文将不加说明的以GC堆上的分配为例来展开。关于值类型和引用类型的论述，请参见[第八回：品味类型---值类型与引用类型（上）－内存有理]。

了解了内存分配的区域，接着我们看看有哪些操作将导致对象创建和内存分配的发生，关于实例创建有多个IL指令解析，主要包括：

·       newobj，用于创建引用类型对象。

·       ldstr，用于创建string类型对象。

·       newarr，用于分配新的数组对象。

·       box，在值类型转换为引用类型对象时，将值类型字段拷贝到托管堆上发生的内存分配。

在上述论述的基础上，下面从堆栈的内存分配和托管堆的内存分配两个方面来分别论述.NET的内存分配机制。

2.1 堆栈的内存分配机制

对于值类型来说，一般创建在线程的堆栈上。但并非所有的值类型都创建在线程的堆栈上，例如作为类的字段时，值类型作为实例成员的一部分也被创建在托管堆上；装箱发生时，值类型字段也会拷贝在托管堆上。

对于分配在堆栈上的局部变量来说，操作系统维护着一个堆栈指针来指向下一个自由空间的地址，并且堆栈的内存地址是由高位到低位向下填充。以下例而言：

        public static void Main()
        {
            int x = 100;
            char c = 'A';
        }

假设线程栈的初始化地址为50000，因此堆栈指针首先指向50000地址空间。代码由入口函数Main开始执行，首先进入作用域的是整型局部变量x，它将在栈上分配4Byte的内存空间，因此堆栈指针向下移动4个字节，则值100将保存在49997~50000单位，而堆栈指针表示的下一个自由空间地址为49996，如图所示：

接着进入下一行代码，将为字符型变量c分配2Byte的内存空间，堆栈指针向下移动2个字节至49994单位，值’A’会保存在49995~49996单位，地址的分配如图：

最后，执行到Main方法的右括号，方法体执行结束，变量x和c的作用域也随之结束，需要删除变量x和c在堆栈内存中的值，其释放过程和分配过程刚好相反：首先删除c的内存，堆栈指针向上递增2个字节，然后删除x的内存，堆栈指针继续向上递增4个字节，程序执行结束，此时的内存状况为：

    其他较复杂的分配过程，可能在作用域和分配大小上有所不同，但是基本过程大同小异。栈上的内存分配，效率较高，但是内存容量不大，同时变量的生存周期随着方法的结束而消亡。

未完待续：托管堆的内存分配机制和必要的补充说明，近期发布，敬请关注。

参考文献

（USA）Joe Duffy, Professinal .NET Framework 2.0

（USA）Don Box, Essiential .NET

（MSDN）Hanu Kommalapati and Tom Christian, Drill Into .NET Framework Internals to See How the CLR Creates Runtime Objects, http://msdn.microsoft.com/msdnmag/issues/05/05/JITCompiler/default.aspx