6个重要的.NET概念:栈,堆,值类型,引用类型,装箱,拆箱

引言

　　本篇文章主要介绍.NET中6个重要的概念：栈，堆，值类型，引用类型，装箱，拆箱。文章开始介绍当你声明一个变量时，编译器内部发生了什么，然后介绍两个重要的概念：栈和堆；最后介绍值类型和引用类型，并说明一些有关它们的重要原理。

　　最后通过一个简单的示例代码说明装箱拆箱带来的性能损耗。

声明变量的内部机制

　　在.NET程序中，当你声明一个变量，将在内存中分配一块内存。这块内存分为三部分：1，变量名；2，变量类型；3，变量值。

　　下图揭示了声明一个变量时的内部机制，其中分配的内存类型依据你的变量类型。.NET中有两种类型的内存：栈内存和堆内存。在接下来的内容中，我们会了解到这两种类型的详细内容。

　　

栈和堆

　　为了明白什么是栈和堆，先让我们看下下面示例代码的内部机制：

public void Method1(){
// Line 1
int i=4;
// Line 2
int y=2;
//Line 3
class1 cls1 = new class1();
}

这里一共有3行代码。让我们一下逐行看一下它们是如何执行的：

第1行：当这行代码执行时，编译器为它分配一小块栈内存。运行时栈负责提供程序所需的内存；

第2行：程序继续执行。如同名字一样，栈在第一块内存的顶部分配了一块内存。你也可以认为是模块或零件一块一块叠起来；

　　　　内存的分配与释放遵循后进先出(后进先出)逻辑，换句话说，内存只能在示例中i内存块的顶部分配或释放。

第3行：在第3行，我们创建了一个对象。当该行执行时，编译器在站上创建了一个指针，真实的对象存储在另一种叫“堆”的内存中。"堆"并不跟踪运行内存，它更像一堆随时可以访问的对象。堆用于动态分配内存。这里需要着重说明的是引用指针是分配在栈上。声明Class1 cls1时并不会给Class1的实例分配内存，而是分配一个栈变量cls1（并设置为null）,然后把它指向“堆”。

退出方法：当方法退出时，它释放了栈上所有内存变量。换句话说，栈上所有的"Int"变量都依据后进先出的逻辑被释放掉了。要注意，此时不会释放堆内存，这种内存稍后会被“垃圾收集器”释放。

现在可能会有很多朋友奇怪为什么要分配2种内存，而不是仅用一种内存。

　　如果仔细观察，你会发现基本类型并不复杂，他们值包含简单的值，如i=0。对象数据类型很复杂，它们会引用其它对象或基本类型。换句话说，它要保持其它多种多样的引用，而每种类型必须存在内存中。对象类型需要动态内存而基本类型需要静态内存。如果需要分配动态内存，那么就分配到堆上；反之在栈上。

值类型与引用类型

　　现在我们明白了栈和堆，接下来看值类型和引用类型。值类型的数据和内存在同一个位置，而引用类型是一个指向内存的指针。

　　下面示例是一个整形数据类型变量i被赋给另一个整形数据类型变量j。它们的内存值都分配在栈上。当我们把一个int值分配给另外一个int值时，需要创建一个完全不同的拷贝。换句话说，你可以改变其中任何一个而不会影响另外一个。这种数据类型被称为值类型。　　当我们创建一个对象，并把一个对象赋给另外一个对象时，它们的指针指向相同的内存(如下图，当我们把obj赋给obj1时，它们指向相同的内存)。换句话说，我们改变其中一个，会影响到另外一个，这种类型称为引用类型。

那么那种类型是值类型和引用类型呢？

　　在.NET中，依据数据类型，变量被分配到堆或栈上。“string”和"Object"是引用类型，其他基本类型被分配到栈上，是值类型，如下图：

装箱与拆箱

　　通过上面学习，我们学到了很多有用的东西，其中最有用的是明白了当把数据从栈移动到堆上时会有性能损失。如下图实例，当我们把一个值类型装箱为引用类型时，数据从栈移动到堆上。反之，数据从堆移动到栈上。这种在堆和栈之间的移动带来了性能的损失。数据从值类型转变为引用类型的过程称为“装箱”，反之为“拆箱”。

如果编译上面的代码，在ILDASM中看IL代码就会发下如何进行装箱拆箱操作的，如下：

装箱拆箱的性能影响

　　为了揭示装箱拆箱如何影响性能，我们把下面代码运行10000次。一个函数有装箱操作，另一个只有简单代码。我们用简单的计时器看它们的运行时间。装箱函数耗时 3542 MS，无装箱操作的耗时2477MS。这说明在实际项目中，除非必须，否则应避免装箱，拆箱操作。