C#中的堆和栈

看到一篇讲堆和栈的文章，是我目前为止见到讲的最易懂，详细和深入的。我翻译成中文。以此总结。

原文=》C#Heap(ing) Vs Stack(ing) in .NET

在net framework框架下。即使我们并不需要关心内存管理和垃圾回收，但是为了提高我们的应用程序性能，我们仍然需要这么去做，仍然需要对gc和内存管理保持关注。所以，理解内存管理是如何工作的，可以帮助我们解释我们程序代码中变量的行为。在本文中，将讨论堆和栈，变量类型，和变量的工作行为。

当代码执行的时候，net framework在内存中有两个地方存储元素项。如果你从来没有关注过，那么，让我来介绍下堆和栈。当我们的代码运行的时候，堆和栈往往相伴左右。他们寄宿在机器的内存中。并且当我们需要运行程序获取某个结果的时候，他们能提供一个“现场”能提供产生这个结果所需要的所有信息。

堆和栈有何区别呢？

栈，他负责跟踪我们的代码的是如何执行(或者说是怎么样被一步步函数调用的)，而堆，则负责跟踪我们所有的对象(我们的数据，基本上是大部分数据，后面再讲)

想 想一下，假想，栈就是一个个叠起来的盒子一样。每一次当我们进行一次函数调用的时候，就像在最顶端再叠放一个盒子，这样来跟踪我们的程序的走向。在栈上， 我们只能用最顶上的那个盒子，当我们用完最顶上的那个盒子以后，就像一个函数执行完毕。然后我们扔掉它。这个时候，我们就要使用前一个被扔掉的盒子下面的 那个盒子。而堆也是相似的，只不过他的目的仅仅是存放信息，而并没有跟踪这些信息执行，没有保持对信息状态的跟踪。在堆里面，什么东西可以访问，什么东西 不能访问，这是没有限制的。堆，就像我们洗干净扔床上的衣服一样。我们根本不需要及时的来花时间把他们收拾好。如果我们确实需要收拾，我们也可以迅速的来 吧他们收拾好。而栈呢，更像鞋柜里叠起来的一个个盒子。如果我们想要拿某个盒子，那么必须先拿掉它上面的那个，看下图，很好懂。

上面这个图，很好的呈现了我们的内存中发生着什么，或者我们内存中数据呈现的一种状态，这可以更好的帮我们理解堆和栈(Stack and heap)

栈是自我管理的，什么意思呢，栈只需要关注自己的内存管理，当最顶上的盒子不用了，ok，扔掉它、而堆，另一方面，需要来关注垃圾回收(GC).说白了就是如何来保持堆的干净。没有人愿意东西乱扔，那是会让人恶心的。

堆和栈中有什么？

当我们的代码在执行的时候，我们有四种类型可以往堆和栈中放。值类型，引用类型，指针类型，代码指令

值类型

在C#语言中，所有以以下类型声明的东西均是值类型。因为他们继承自System.ValueType

bool

byte

char

decimal

double

enum

float

int

long

sbyte

short

struct

uint

ulong

ushort

引用类型

所有以以下类型声明的东西都是引用类型，因为他们继承自System.Object.(当然只针对于是System.Object类型的对象)

class

interface

delegate

object

string

指针类型

第三种纳入内存管理的类型是引用。通常情况下，一个引用被视为一个指针。我们并没有显示明确的去使用指针，指针是由CLR使用管理的。引用(指针)跟 引用类型是有区别的。通常情况下，我们说一个东西是引用类型，那么意味着什么，意味着我们可以通过指针去访问他。指针是什么呢？指针说白了，就是内存中的 一块区域，他指向内存中的另一块内存空间（这种指向存放的是地址）。指针，就像我们向堆和栈放的东西占要占据空间一样，通常里面存放的值是内存地址或者null

指令

后文再做介绍。

如何决定分配那种内存？

两条黄金法则

1. 引用类型始终分配在堆上。

2. 值类型和指针类型始终跟踪声明他们的类型，这有点难以理解。需要对栈的工作原理有一些深入的理解

栈，正如之前提到的一样，负责跟踪每个线程的代码执行走向（函数的调用）。你可以想象成一个线程状态。每个线程都是都一个线程栈的。当我们的代码发生了一次方法调用。那么线程将开始执行JIT编译的代码。并且该方法会在方法表上登记，方法参数也会被压入线程栈。然后当我们进入方法，初始化变量后，他们已经被放置在栈顶了。下面这个例子可能更好理解。

public int AddFive(int pValue)
          {
               int result;
               result = pValue + 5;
               return result;
          }

下面描述下栈顶发生了什么。

记好，我们要寻找的东西，永远始终是在栈顶。（即使栈里有其他东西，我们需要的东西应该始终在栈顶。）

当我们开始执行方法的时候。方法的参数会被放入堆栈。后期会来介绍参数传递。

注意，方法是不会存活在堆栈上的。恩，如图说明

接下来。控制(线程执行)会转移到方法表中登记的AddFive()方法上，如果方法是第一次调用。即时编译器会被调用，执行IL代码的编译工作

当方法执行的时候，我们需要一些内存空间来存放方法执行的结果。存放结果的内存空间是会分配在栈上。

当方法执行完毕，我们的结果返回

当指针从新指向addFile的调用处时候(地址必须可访问)。这个时候，所有在栈上分配的内存空间都会被回收，我们将回到栈中的前一个方法。方法调用返回。

在这个例子中，我们的结果变量是分配在栈中的。而实际上，在方法体内声明的所有值类型，他们的内存空间分配均是分配在栈上。

现在，值类型有时候也是可以分配在堆中的，记住，值类型的具体分配，总是取决于声明它的类型。

如果一个值类型，他在方法体外声明，但是在一个引用类型内部声明。它会跟随声明它的引用类型一样，分配在堆上，跟寄生一样。

看另外一个例子

有一个引用类型

public class MyInt

{

public int MyValue;

}

执行以下方法

public MyInt AddFive(int pValue)

{

MyInt result = new MyInt();

result.MyValue = pValue + 5;

return result;

}

跟之前说的一样。线程开始执行方法，参数都会分配在线程栈上。

现在问题是，方法执行过程中，什么时候需要特别注意？？

因为MyInt是一个引用类型。他会被分配在堆上。并且会被栈上的一个指针引用(栈上的指针指向堆中的这个对象)

AddFive()方法结束以后，我们要开始进行垃圾回收了。

这个时候MyInt对象在堆会成为一个孤儿对象。什么意思。栈中没有任何指针指向MyInt对象。无任何引用、

接下来，GC(垃圾回收器)要开始派上用场了

是这样的。一旦内存达到一个极限，这个时候我们需要更多的堆空间。那么GC就启动了。GC会强制停掉所有正在运行的线程。从堆中找出所有不再被程序访问对象。然后，删除他们。这个时候，GC会识别堆中所有对象。并且调整栈和堆中指向他们的指针。跟你想象的一样。这种工作是非常消耗性能的。所以当我们尝试写一些高性能的代码的时候，我们迫切的需要知道堆和栈中有那些东西。

好了，非常好，但是它对我有何影响呢？

好问题

当我们使用引用类型的时候，我们实际上是在使用指针处理该类型。处理的不是类型本身。而是指针所指的(对象)。这很好理解

也用一个例子来说明

我们执行以下代码

public int ReturnValue()

{

int x = new int();

x = 3;

int y = new int();

y = x;

y = 4;

return x;

}

我们得到的结果是3，是不是很简单。

如果我们用我们之前定义的MyInt

public class MyInt
          {
               public int MyValue;
          }

执行以下方法

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

得到的结果是4

为毛？ x.MyValue 为什么会是4... 来看下我们坐了什么，看是否讲得通。

在第一个例子中，代码如预期般的执行

public int ReturnValue()

{

int x = 3;

int y = x;

y = 4;

return x;

}

在下一个例子中我们得到的结果是4，因为变量x和y都指向相同的对象。

public int ReturnValue2()

{

MyInt x;

x.MyValue = 3;

MyInt y;

y = x;

y.MyValue = 4;

return x.MyValue;

}

希望这能让你更好的理解C#中的值类型和引用类型。并且对指针和什么时候用指针有一个基本的了解。

在下一节我将更加深入的讲解内存管理，并且将会着重讲解方法参数传递、