裝箱轉(zhuǎn)化

using System;

class Boxing

{

  public static void Main()

  { int i=110;

    object obj=i;

    i=220;

    Console.WriteLine("i={0},obj={1}",i,obj);

    obj=330;

    Console.WriteLine("i={0},obj={1}",i,obj);

 

  }

}

定義整數(shù)類(lèi)型變量I的時(shí)候，這個(gè)變量占用的內(nèi)存是內(nèi)存棧中分配的，第二句是裝箱操作將變量 110存放到了內(nèi)存堆中，而定義object對(duì)象類(lèi)型的變量obj則在內(nèi)存棧中，并指向int類(lèi)型的數(shù)值110，而該數(shù)值是付給變量i的數(shù)值副本。

所以運(yùn)行結(jié)果是

i=220,obj=110

i=220,obj=330

內(nèi)存格局通常分為四個(gè)區(qū)

  全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)：存放全局變量，靜態(tài)數(shù)據(jù)，常量

  代碼區(qū)：存放所有的程序代碼

  棧區(qū)：存放為運(yùn)行而分配的局部變量，參數(shù)，返回?cái)?shù)據(jù)，返回地址等，

  堆區(qū)：即自由存儲(chǔ)區(qū)

值類(lèi)型變量與引用類(lèi)型變量的內(nèi)存分配模型也不一樣。為了理解清楚這個(gè)問(wèn)題，讀者首

先必須區(qū)分兩種不同類(lèi)型的內(nèi)存區(qū)域：線(xiàn)程堆棧（Thread Stack）和托管堆（Managed Heap）。

每個(gè)正在運(yùn)行的程序都對(duì)應(yīng)著一個(gè)進(jìn)程（process），在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)部，可以有一個(gè)或多

個(gè)線(xiàn)程（thread），每個(gè)線(xiàn)程都擁有一塊“自留地”，稱(chēng)為“線(xiàn)程堆棧”，大小為1M，用于保

存自身的一些數(shù)據(jù)，比如函數(shù)中定義的局部變量、函數(shù)調(diào)用時(shí)傳送的參數(shù)值等，這部分內(nèi)存

區(qū)域的分配與回收不需要程序員干涉。

所有值類(lèi)型的變量都是在線(xiàn)程堆棧中分配的。

另一塊內(nèi)存區(qū)域稱(chēng)為“堆（heap）”，在.NET 這種托管環(huán)境下，堆由CLR 進(jìn)行管理，所

以又稱(chēng)為“托管堆（managed heap）”。

用new 關(guān)鍵字創(chuàng)建的類(lèi)的對(duì)象時(shí)，分配給對(duì)象的內(nèi)存單元就位于托管堆中。

在程序中我們可以隨意地使用new 關(guān)鍵字創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象，因此，托管堆中的內(nèi)存資源

是可以動(dòng)態(tài)申請(qǐng)并使用的，當(dāng)然用完了必須歸還。

打個(gè)比方更易理解：托管堆相當(dāng)于一個(gè)旅館，其中的房間相當(dāng)于托管堆中所擁有的內(nèi)存

單元。當(dāng)程序員用new 方法創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，相當(dāng)于游客向旅館預(yù)訂房間，旅館管理員會(huì)先看

一下有沒(méi)有合適的空房間，有的話(huà)，就可以將此房間提供給游客住宿。當(dāng)游客旅途結(jié)束，要

辦理退房手續(xù)，房間又可以為其他旅客提供服務(wù)了。

從表 1 可以看到，引用類(lèi)型共有四種：類(lèi)類(lèi)型、接口類(lèi)型、數(shù)組類(lèi)型和委托類(lèi)型。

所有引用類(lèi)型變量所引用的對(duì)象，其內(nèi)存都是在托管堆中分配的。

嚴(yán)格地說(shuō)，我們常說(shuō)的“對(duì)象變量”其實(shí)是類(lèi)類(lèi)型的引用變量。但在實(shí)際中人們經(jīng)常將

引用類(lèi)型的變量簡(jiǎn)稱(chēng)為“對(duì)象變量”，用它來(lái)指代所有四種類(lèi)型的引用變量。在不致于引起

混淆的情況下，本書(shū)也采用了這種慣例。

在了解了對(duì)象內(nèi)存模型之后，對(duì)象變量之間的相互賦值的含義也就清楚了。請(qǐng)看以下代

碼（示例項(xiàng)目ReferenceVariableForCS）：

class A

02 {

03 public int i;

04 }

05 class Program

06 {

07 static void Main(string[] args)

08 {

09 A a ;

10 a= new A();

11 a.i = 100;

12 A b＝null;

13 b = a; //對(duì)象變量的相互賦值

14 Console.WriteLine("b.i=" + b.i); //b.i=?

15 }

16 }

注意第12 和13 句。

程序的運(yùn)行結(jié)果是：

b.i=100;

請(qǐng)讀者思索一下：兩個(gè)對(duì)象變量的相互賦值意味著什么？

事實(shí)上，兩個(gè)對(duì)象變量的相互賦值意味著賦值后兩個(gè)對(duì)象變量所占用的內(nèi)存單元其內(nèi)容

是相同的。

講得詳細(xì)一些：

第10 句創(chuàng)建對(duì)象以后，其首地址（假設(shè)為“1234 5678”）被放入到變量a 自身的4 個(gè)

字節(jié)的內(nèi)存單元中。

第12 句又定義了一個(gè)對(duì)象變量b，其值最初為null（即對(duì)應(yīng)的4 個(gè)字節(jié)內(nèi)存單元中為

“0000 0000”）。

第13 句執(zhí)行以后，a 變量的值被復(fù)制到b 的內(nèi)存單元中，現(xiàn)在，b 內(nèi)存單元中的值也為

“1234 5678”。

根據(jù)前面介紹的對(duì)象內(nèi)存模型，我們知道現(xiàn)在變量a 和b 都指向同一個(gè)實(shí)例對(duì)象。

如果通過(guò)b.i 修改字段i 的值，a.i 也會(huì)同步變化，因?yàn)閍.i 與b.i 其實(shí)代表同一對(duì)象的同

一字段。

整個(gè)過(guò)程可以用圖 9 來(lái)說(shuō)明：

 

圖

圖 9 對(duì)象變量的相互賦值

由此得到一個(gè)重要結(jié)論：

對(duì)象變量的相互賦值不會(huì)導(dǎo)致對(duì)象自身被復(fù)制，其結(jié)果是兩個(gè)對(duì)象變量指向同一對(duì)象。

另外，由于對(duì)象變量本身是一個(gè)局部變量，因此，對(duì)象變量本身是位于線(xiàn)程堆棧中的。

嚴(yán)格區(qū)分對(duì)象變量與對(duì)象變量所引用的對(duì)象，是面向?qū)ο缶幊痰年P(guān)鍵之一。

由于對(duì)象變量類(lèi)似于一個(gè)對(duì)象指針，這就產(chǎn)生了“判斷兩個(gè)對(duì)象變量是否引用同一對(duì)象”

的問(wèn)題。

C#使用“＝＝”運(yùn)算符比對(duì)兩個(gè)對(duì)象變量是否引用同一對(duì)象，“!=”比對(duì)兩個(gè)對(duì)象變量

22

是否引用不同的對(duì)象。參看以下代碼：

//a1與a2引用不同的對(duì)象

A a1= new A();

A a2= new A();

Console.WriteLine(a1 == a2);//輸出：false

a2 = a1;//a1與a2引用相同的對(duì)象

Console.WriteLine(a1 == a2);//輸出：true

需要注意的是，如果“＝＝”被用在值類(lèi)型的變量之間，則比對(duì)的是變量的內(nèi)容：

int i = 0;

int j = 100;

if (i == j)

{

Console.WriteLine("i與j的值相等");

}

理解值類(lèi)型與引用類(lèi)型的區(qū)別在面向?qū)ο缶幊讨蟹浅ｊP(guān)鍵。

 

 

 

1、類(lèi)型，對(duì)象，堆棧和托管堆

C#的類(lèi)型和對(duì)象在應(yīng)用計(jì)算機(jī)內(nèi)存時(shí)，大體用到兩種內(nèi)存，一個(gè)

叫堆棧，另一個(gè)叫托管堆，下面我們用直角長(zhǎng)方形來(lái)代表堆棧，

用圓角長(zhǎng)方形來(lái)代表托管堆。

 

首先討論一下方法內(nèi)部變量的存放。

先舉個(gè)例子，有如下兩個(gè)方法，Method_1 和Add，分別如下：

public void Method_1()

{

int value1=10; //1

int value2=20; //2

int value3=Add(value,value); //3

}

public int Add(int n1,int n2)//4

{

rnt sum=n1+n2;//5

return sum;//6

}

這段代碼的執(zhí)行，用圖表示為：

 

 

 

 

 

上述的每個(gè)圖片，基本對(duì)應(yīng)程序中的每個(gè)步驟。在開(kāi)始執(zhí)行Met

hod_1的時(shí)候，先把value1 壓入堆棧頂，然后是value2，接

下來(lái)的是調(diào)用方法Add，因?yàn)榉椒ㄓ袃蓚€(gè)參數(shù)是n1 和n2，所以

把n1 和n2 分別壓入堆棧，因?yàn)榇颂幨钦{(diào)用了一個(gè)方法，并且方

法有返回值，所以這里需要保存Add的返回地址，然后進(jìn)入Ad

d方法內(nèi)部，在Add內(nèi)部，首先是給sum 賦值，所以把sum 壓

入棧項(xiàng)，然后用return 返回，此時(shí)，先前的返回地址就起到了

作用，return 會(huì)根據(jù)地址返回去的，在返回的過(guò)程中，把sum

推出棧頂，找到了返回地址，但在Method_1 方法中，我們希望

把Add的返回值賦給value3，此時(shí)的返回地址也被推出堆棧，

把value3 壓入堆棧。雖這個(gè)例子的結(jié)果在這里沒(méi)有多大用途，

但這個(gè)例子很好的說(shuō)明了在方法被執(zhí)行時(shí)，變量與進(jìn)出堆棧的情

況。這里也能看出為什么方法內(nèi)部的局變量用過(guò)后，不能在其他

方法中訪問(wèn)的原因。

其次來(lái)討論一下類(lèi)和對(duì)象在托管堆和堆棧中的情況。

先看一下代碼：

class Car

{

public void Run()

{

Console.WriteLine("一切正常");

}

public virtual double GetPrice()

{

return 0;

}

public static void Purpose()

{

Console.WriteLine("載人");

}

PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 fw w w . f i n e p rint.cn

}

class BMW : Car

{

public override double GetPrice()

{

return 800000;

}

}

上面是兩個(gè)類(lèi)，一個(gè)Father一個(gè)Son，Son 繼承了Father，

因?yàn)槟泐?lèi)中有一個(gè)virtual的BuyHouse 方法，所以Son類(lèi)可以重

寫(xiě)這個(gè)方法。

下面接著看調(diào)用代碼。

public void Method_A()

{

double CarPrice;//1

Car car = new BMW();//2

CarPrice = car.GetPrice();//調(diào)用虛方法（其實(shí)調(diào)用的是重寫(xiě)后

的方法）

car.Run();//調(diào)用實(shí)例化方法

Car.Purpose();//調(diào)用靜態(tài)方法

}

這個(gè)方法也比較簡(jiǎn)單，就是定義一個(gè)變量用來(lái)獲得價(jià)格，同時(shí)

定義了一個(gè)父類(lèi)的變量，用子類(lèi)來(lái)實(shí)例化它。

接下來(lái)，我們分步來(lái)說(shuō)明。

看一下運(yùn)行時(shí)堆棧和托管堆的情部我

 

 

 

這里需要說(shuō)明的是，類(lèi)是位于托管堆中的，每個(gè)類(lèi)又分為四個(gè)

類(lèi)部，類(lèi)指針，用來(lái)關(guān)聯(lián)對(duì)象；同步索引，用來(lái)完成同步(比如線(xiàn)

程的同步)需建立的；靜態(tài)成員是屬于類(lèi)的，所以在類(lèi)中出現(xiàn)，還

有一個(gè)方法列表（這里的方法列表項(xiàng)與具體的方法對(duì)應(yīng)）。

當(dāng)Method_A方法的第一步執(zhí)行時(shí)：

 

 

這時(shí)的CarPrice 是沒(méi)有值的

當(dāng)Method_A方法執(zhí)行到第二步，其實(shí)第二步又可以分成

Car car;

car = new BMW();

先看Car car;

 

 

car在這里是一個(gè)方法內(nèi)部的變量，所以被壓到堆棧中。

再看 car = new BMW();

這是一個(gè)實(shí)例化過(guò)程，car變成了一個(gè)對(duì)象

 

 

這里是用子類(lèi)來(lái)實(shí)例化父類(lèi)型。對(duì)象其實(shí)是子類(lèi)的類(lèi)型的，但

變量的類(lèi)型是父類(lèi)的。

接下來(lái)，在Method_A中的調(diào)用的中調(diào)用car.GetPrice()，

對(duì)于Car來(lái)說(shuō)，這個(gè)方法是虛方法（并且子類(lèi)重寫(xiě)了它），虛方

法在調(diào)用是不會(huì)執(zhí)行類(lèi)型上的方法，即不會(huì)執(zhí)行Car類(lèi)中的虛方

法，而是執(zhí)行對(duì)象對(duì)應(yīng)類(lèi)上的方法，即BMW中的GtPrice。

如果Method_A中執(zhí)行方法Run()，因?yàn)镽un是普通實(shí)例方

法，所以會(huì)執(zhí)行Car類(lèi)中的Run 方法。

如果調(diào)用了Method_A的Purpose 方法，即不用變量car調(diào)

用，也不用對(duì)象調(diào)用，而是用類(lèi)名Car調(diào)用，因?yàn)殪o態(tài)方法會(huì)在

類(lèi)中分配內(nèi)存的。如果用Car生成多個(gè)實(shí)例，靜態(tài)成員只有一份，

就是在類(lèi)中，而不是在對(duì)象中。

33333333333333333333333333333333

在32位的Windows操作系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程都可以使用4GB的內(nèi)存，這得益于虛擬尋址技術(shù)，在這4GB的內(nèi)存中存儲(chǔ)著可執(zhí)行代碼、代碼加載的DLL和程序運(yùn)行的所有變量，在C#中，虛擬內(nèi)存中有個(gè)兩個(gè)存儲(chǔ)變量的區(qū)域，一個(gè)稱(chēng)為堆棧，一個(gè)稱(chēng)為托管堆，托管堆的出現(xiàn)是.net不同于其他語(yǔ)言的地方，堆棧存儲(chǔ)值類(lèi)型數(shù)據(jù)，而托管堆存儲(chǔ)引用類(lèi)型如類(lèi)、對(duì)象，并受垃圾收集器的控制和管理。在堆棧中，一旦變量超出使用范圍，其使用的內(nèi)存空間會(huì)被其他變量重新使用，這時(shí)其空間中存儲(chǔ)的值將被其他變量覆蓋而不復(fù)存在，但有時(shí)候我們希望這些值仍然存在，這就需要托管堆來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們用幾段代碼來(lái)說(shuō)明其工作原理，假設(shè)已經(jīng)定義了一個(gè)類(lèi)class1:

class1 object1;

object1=new class1();

第一句定義了一個(gè)class1的引用，實(shí)質(zhì)上只是在堆棧中分配了一個(gè)4個(gè)字節(jié)的空間，它將用來(lái)存府后來(lái)實(shí)例化對(duì)象在托管堆中的地址，在windows中這需要4個(gè)字節(jié)來(lái)表示內(nèi)存地址。第二句實(shí)例化object1對(duì)象，實(shí)際上是在托管堆中開(kāi)僻了一個(gè)內(nèi)存空間來(lái)存儲(chǔ)類(lèi)class1的一個(gè)具體對(duì)象，假設(shè)這個(gè)對(duì)象需要36個(gè)字節(jié)，那么object1指向的實(shí)際上是在托管堆一個(gè)大小為36個(gè)字節(jié)的連續(xù)內(nèi)存空間開(kāi)始的地址。由此也可以看出在C#編譯器中為什么不允許使用未實(shí)例化的對(duì)象，因?yàn)檫@個(gè)對(duì)象在托管堆中還不存在。當(dāng)對(duì)象不再使用時(shí)，這個(gè)被存儲(chǔ)在堆棧中的引用變量將被刪除，但是從上述機(jī)制可以看出，在托管堆中這個(gè)引用指向的對(duì)象仍然存在，其空間何時(shí)被釋放取決垃圾收集器而不是引用變量失去作用域時(shí)。

在使用電腦的過(guò)程中大家可能都有過(guò)這種經(jīng)驗(yàn)：電腦用久了以后程序運(yùn)行會(huì)變得越來(lái)越慢，其中一個(gè)重要原因就是系統(tǒng)中存在大量?jī)?nèi)存碎片，就是因?yàn)槌绦蚍磸?fù)在堆棧中創(chuàng)建和釋入變量，久而久之可用變量在內(nèi)存中將不再是連續(xù)的內(nèi)存空間，為了尋址這些變量也會(huì)增加系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。在.net中這種情形將得到很大改善，這是因?yàn)橛辛死占鞯墓ぷ鳎占鲗?huì)壓縮托管堆的內(nèi)存空間，保證可用變量在一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間內(nèi)，同時(shí)將堆棧中引用變量中的地址改為新的地址，這將會(huì)帶來(lái)額外的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，但是，其帶來(lái)的好處將會(huì)抵消這種影響，而另外一個(gè)好處是，程序員將不再花上大量的心思在內(nèi)在泄露問(wèn)題上。

當(dāng)然，以C#程序中不僅僅只有引用類(lèi)型的變量，仍然也存在值類(lèi)型和其他托管堆不能管理的對(duì)象，如果文件名柄、網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)庫(kù)連接，這些變量的釋放仍需要程序員通過(guò)析構(gòu)函數(shù)或IDispose接口來(lái)做。

另一方面，在某些時(shí)候C#程序也需要追求速度，比如對(duì)一個(gè)含用大量成員的數(shù)組的操作，如果仍使用傳統(tǒng)的類(lèi)來(lái)操作，將不會(huì)得到很好的性能，因?yàn)閿?shù)組在C#中實(shí)際是System.Array的實(shí)例，會(huì)存儲(chǔ)在托管堆中，這將會(huì)對(duì)運(yùn)算造成大量的額外的操作，因?yàn)槌死占鞒藭?huì)壓縮托管堆、更新引用地址、還會(huì)維護(hù)托管堆的信息列表。所幸的是C#中同樣能夠通過(guò)不安全代碼使用C++程序員通常喜歡的方式來(lái)編碼，在標(biāo)記為unsafe的代碼塊使用指針，這和在C++中使用指針沒(méi)有什么不同，變量也是存府在堆棧中，在這種情況下聲明一個(gè)數(shù)組可以使用stackalloc語(yǔ)法，比如聲明一個(gè)存儲(chǔ)有50個(gè)double類(lèi)型的數(shù)組：

double* pDouble=stackalloc double[50]

stackalloc會(huì)給pDouble數(shù)組在堆棧中分配50個(gè)double類(lèi)型大小的內(nèi)存空間，可以使用pDouble[0]、*(pDouble+1)這種方式操作數(shù)組，與在C++中一樣，使用指針時(shí)必須知道自己在做什么，確保訪問(wèn)的正確的內(nèi)存空間，否則將會(huì)出現(xiàn)無(wú)法預(yù)料的錯(cuò)誤。

掌握托管堆、堆棧、垃圾收集器和不安全代碼的工作原理和方式，將有助于你成為真正的優(yōu)秀C#程序員。

進(jìn)程中每個(gè)線(xiàn)程都有自己的堆棧，這是一段線(xiàn)程創(chuàng)建時(shí)保留下的地址區(qū)域。我們的“棧內(nèi)存”即在此。至于“堆”內(nèi)存，我個(gè)人認(rèn)為在未用new定義時(shí)，堆應(yīng)該就是未“保留”未“提交”的自由空間，new的功能是在這些自由空間中保留（并提交？）出一個(gè)地址范圍

棧(Stack)是操作系統(tǒng)在建立某個(gè)進(jìn)程時(shí)或者線(xiàn)程（在支持多線(xiàn)程的操作系統(tǒng)中是線(xiàn)程）為這個(gè)線(xiàn)程建立的存儲(chǔ)區(qū)域，該區(qū)域具有FIFO的特性，在編譯的時(shí)候可以指定需要的Stack的大小。在編程中，例如C/C++中，所有的局部變量都是從棧中分配內(nèi)存空間，實(shí)際上也不是什么分配，只是從棧頂向上用就行，在退出函數(shù)的時(shí)候，只是修改棧指針就可以把棧中的內(nèi)容銷(xiāo)毀，所以速度最快。  
  堆（Heap)是應(yīng)用程序在運(yùn)行的時(shí)候請(qǐng)求操作系統(tǒng)分配給自己內(nèi)存，一般是申請(qǐng)/給予的過(guò)程，C/C++分別用malloc/New請(qǐng)求分配Heap，用free/delete銷(xiāo)毀內(nèi)存。由于從操作系統(tǒng)管理的內(nèi)存分配所以在分配和銷(xiāo)毀時(shí)都要占用時(shí)間，所以用堆的效率低的多！但是堆的好處是可以做的很大，C/C++對(duì)分配的Heap是不初始化的。  
  在Java中除了簡(jiǎn)單類(lèi)型（int,char等）都是在堆中分配內(nèi)存，這也是程序慢的一個(gè)主要原因。但是跟C/C++不同，Java中分配Heap內(nèi)存是自動(dòng)初始化的。在Java中所有的對(duì)象（包括int的wrapper   Integer）都是在堆中分配的，但是這個(gè)對(duì)象的引用卻是在Stack中分配。也就是說(shuō)在建立一個(gè)對(duì)象時(shí)從兩個(gè)地方都分配內(nèi)存，在Heap中分配的內(nèi)存實(shí)際建立這個(gè)對(duì)象，而在Stack中分配的內(nèi)存只是一個(gè)指向這個(gè)堆對(duì)象的指針（引用）而已。

在.NET的所有技術(shù)中，最具爭(zhēng)議的恐怕是垃圾收集(Garbage Collection，GC)了。作為.NET框架中一個(gè)重要的部分，托管堆和垃圾收集機(jī)制對(duì)我們中的大部分人來(lái)說(shuō)是陌生的概念。在這篇文章中將要討論托管堆，和你將從中得到怎樣的好處。
　　為什么要托管堆？
　　.NET框架包含一個(gè)托管堆，所有的.NET語(yǔ)言在分配引用類(lèi)型對(duì)象時(shí)都要使用它。像值類(lèi)型這樣的輕量級(jí)對(duì)象始終分配在棧中，但是所有的類(lèi)實(shí)例和數(shù)組都被生成在一個(gè)內(nèi)存池中，這個(gè)內(nèi)存池就是托管堆。
　　垃圾收集器的基本算法很簡(jiǎn)單：
　　● 將所有的托管內(nèi)存標(biāo)記為垃圾
　　● 尋找正被使用的內(nèi)存塊，并將他們標(biāo)記為有效
　　● 釋放所有沒(méi)有被使用的內(nèi)存塊
　　● 整理堆以減少碎片
　　托管堆優(yōu)化
　　看上去似乎很簡(jiǎn)單，但是垃圾收集器實(shí)際采用的步驟和堆管理系統(tǒng)的其他部分并非微不足道，其中常常涉及為提高性能而作的優(yōu)化設(shè)計(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，垃圾收集遍歷整個(gè)內(nèi)存池具有很高的開(kāi)銷(xiāo)。然而，研究表明大部分在托管堆上分配的對(duì)象只有很短的生存期，因此堆被分成三個(gè)段，稱(chēng)作generations。新分配的對(duì)象被放在generation 0中。這個(gè)generation是最先被回收的——在這個(gè)generation中最有可能找到不再使用的內(nèi)存，由于它的尺寸很小（小到足以放進(jìn)處理器的L2 cache中），因此在它里面的回收將是最快和最高效的。
　　托管堆的另外一種優(yōu)化操作與locality of reference規(guī)則有關(guān)。該規(guī)則表明，一起分配的對(duì)象經(jīng)常被一起使用。如果對(duì)象們?cè)诙阎形恢煤芫o湊的話(huà)，高速緩存的性能將會(huì)得到提高。由于托管堆的天性，對(duì)象們總是被分配在連續(xù)的地址上，托管堆總是保持緊湊，結(jié)果使得對(duì)象們始終彼此靠近，永遠(yuǎn)不會(huì)分得很遠(yuǎn)。這一點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)堆提供的非托管代碼形成了鮮明的對(duì)比，在標(biāo)準(zhǔn)堆中，堆很容易變成碎片，而且一起分配的對(duì)象經(jīng)常分得很遠(yuǎn)。
　　還有一種優(yōu)化是與大對(duì)象有關(guān)的。通常，大對(duì)象具有很長(zhǎng)的生存期。當(dāng)一個(gè)大對(duì)象在.NET托管堆中產(chǎn)生時(shí)，它被分配在堆的一個(gè)特殊部分中，這部分堆永遠(yuǎn)不會(huì)被整理。因?yàn)橐苿?dòng)大對(duì)象所帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)超過(guò)了整理這部分堆所能提高的性能。
　　關(guān)于外部資源（External Resources）的問(wèn)題
　　垃圾收集器能夠有效地管理從托管堆中釋放的資源，但是資源回收操作只有在內(nèi)存緊張而觸發(fā)一個(gè)回收動(dòng)作時(shí)才執(zhí)行。那么，類(lèi)是怎樣來(lái)管理像數(shù)據(jù)庫(kù)連接或者窗口句柄這樣有限的資源的呢？等待，直到垃圾回收被觸發(fā)之后再清理數(shù)據(jù)庫(kù)連接或者文件句柄并不是一個(gè)好方法，這會(huì)嚴(yán)重降低系統(tǒng)的性能。
　　所有擁有外部資源的類(lèi)，在這些資源已經(jīng)不再用到的時(shí)候，都應(yīng)當(dāng)執(zhí)行Close或者Dispose方法。從Beta2（譯注：本文中所有的Beta2均是指.NET Framework Beta2，不再特別注明）開(kāi)始，Dispose模式通過(guò)IDisposable接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。這將在本文的后續(xù)部分討論。
　　需要清理外部資源的類(lèi)還應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)終止操作（finalizer）。在C#中，創(chuàng)建終止操作的首選方式是在析構(gòu)函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，而在Framework層，終止操作的實(shí)現(xiàn)則是通過(guò)重載System.Object.Finalize 方法。以下兩種實(shí)現(xiàn)終止操作的方法是等效的：
　　~OverdueBookLocator()
　　{
　　 Dispose(false);
　　}
　　和：
　　public void Finalize()
　　{
　　 base.Finalize();
　　 Dispose(false);
　　}
　　在C#中，同時(shí)在Finalize方法和析構(gòu)函數(shù)實(shí)現(xiàn)終止操作將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的產(chǎn)生。
　　除非你有足夠的理由，否則你不應(yīng)該創(chuàng)建析構(gòu)函數(shù)或者Finalize方法。終止操作會(huì)降低系統(tǒng)的性能，并且增加執(zhí)行期的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)。同時(shí)，由于終止操作被執(zhí)行的方式，你并不能保證何時(shí)一個(gè)終止操作會(huì)被執(zhí)行。
　　內(nèi)存分配和垃圾回收的細(xì)節(jié)
　　對(duì)GC有了一個(gè)總體印象之后，讓我們來(lái)討論關(guān)于托管堆中的分配與回收工作的細(xì)節(jié)。托管堆看起來(lái)與我們已經(jīng)熟悉的C++編程中的傳統(tǒng)的堆一點(diǎn)都不像。在傳統(tǒng)的堆中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)習(xí)慣于使用大塊的空閑內(nèi)存。在其中查找特定大小的內(nèi)存塊是一件很耗時(shí)的工作，尤其是當(dāng)內(nèi)存中充滿(mǎn)碎片的時(shí)候。與此不同，在托管堆中，內(nèi)存被組制成連續(xù)的數(shù)組，指針總是巡著已經(jīng)被使用的內(nèi)存和未被使用的內(nèi)存之間的邊界移動(dòng)。當(dāng)內(nèi)存被分配的時(shí)候，指針只是簡(jiǎn)單地遞增——由此而來(lái)的一個(gè)好處是，分配操作的效率得到了很大的提升。
　　當(dāng)對(duì)象被分配的時(shí)候，它們一開(kāi)始被放在generation 0中。當(dāng)generation 0的大小快要達(dá)到它的上限的時(shí)候，一個(gè)只在generation 0中執(zhí)行的回收操作被觸發(fā)。由于generation 0的大小很小，因此這將是一個(gè)非常快的GC過(guò)程。這個(gè)GC過(guò)程的結(jié)果是將generation 0徹底的刷新了一遍。不再使用的對(duì)象被釋放，確實(shí)正被使用的對(duì)象被整理并移入generation 1中。
　　當(dāng)generation 1的大小隨著從generation 0中移入的對(duì)象數(shù)量的增加而接近它的上限的時(shí)候，一個(gè)回收動(dòng)作被觸發(fā)來(lái)在generation 0和generation 1中執(zhí)行GC過(guò)程。如同在generation 0中一樣，不再使用的對(duì)象被釋放，正在被使用的對(duì)象被整理并移入下一個(gè)generation中。大部分GC過(guò)程的主要目標(biāo)是generation 0，因?yàn)樵趃eneration 0中最有可能存在大量的已不再使用的臨時(shí)對(duì)象。對(duì)generation 2的回收過(guò)程具有很高的開(kāi)銷(xiāo)，并且此過(guò)程只有在generation 0和generation 1的GC過(guò)程不能釋放足夠的內(nèi)存時(shí)才會(huì)被觸發(fā)。如果對(duì)generation 2的GC過(guò)程仍然不能釋放足夠的內(nèi)存，那么系統(tǒng)就會(huì)拋出OutOfMemoryException異常
　　帶有終止操作的對(duì)象的垃圾收集過(guò)程要稍微復(fù)雜一些。當(dāng)一個(gè)帶有終止操作的對(duì)象被標(biāo)記為垃圾時(shí)，它并不會(huì)被立即釋放。相反，它會(huì)被放置在一個(gè)終止隊(duì)列（finalization queue）中，此隊(duì)列為這個(gè)對(duì)象建立一個(gè)引用，來(lái)避免這個(gè)對(duì)象被回收。后臺(tái)線(xiàn)程為隊(duì)列中的每個(gè)對(duì)象執(zhí)行它們各自的終止操作，并且將已經(jīng)執(zhí)行過(guò)終止操作的對(duì)象從終止隊(duì)列中刪除。只有那些已經(jīng)執(zhí)行過(guò)終止操作的對(duì)象才會(huì)在下一次垃圾回收過(guò)程中被從內(nèi)存中刪除。這樣做的一個(gè)后果是，等待被終止的對(duì)象有可能在它被清除之前，被移入更高一級(jí)的generation中，從而增加它被清除的延遲時(shí)間。
　　需要執(zhí)行終止操作的對(duì)象應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)IDisposable接口，以便客戶(hù)程序通過(guò)此接口快速執(zhí)行終止動(dòng)作。IDisposable接口包含一個(gè)方法——Dispose。這個(gè)被Beta2引入的接口，采用一種在Beta2之前就已經(jīng)被廣泛使用的模式實(shí)現(xiàn)。從本質(zhì)上講，一個(gè)需要終止操作的對(duì)象暴露出Dispose方法。這個(gè)方法被用來(lái)釋放外部資源并抑制終止操作，就象下面這個(gè)程序片斷所演示的那樣：
　　public class OverdueBookLocator: IDisposable
　　{
　　 ~OverdueBookLocator()
　　 {
　　 InternalDispose(false);
　　 }
　　 public void Dispose()
　　 {
　　 InternalDispose(true);
　　 }
　　 protected void InternalDispose(bool disposing)
　　 {
　　 if(disposing)
　　 {
　　 GC.SuppressFinalize(this);
　　 // Dispose of managed objects if disposing.
　　 }
　　 // free external resources here
　　 }
　　}
這些都是.NET中CLR的概念，和C#沒(méi)多大關(guān)系。
使用基于CLR的語(yǔ)言編譯器開(kāi)發(fā)的代碼稱(chēng)為托管代碼。
托管堆是CLR中自動(dòng)內(nèi)存管理的基礎(chǔ)。初始化新進(jìn)程時(shí)，運(yùn)行時(shí)會(huì)為進(jìn)程保留一個(gè)連續(xù)的地址空間區(qū)域。這個(gè)保留的地址空間被稱(chēng)為托管堆。托管堆維護(hù)著一個(gè)指針，用它指向?qū)⒃诙阎蟹峙涞南乱粋€(gè)對(duì)象的地址。最初，該指針設(shè)置為指向托管堆的基址。
認(rèn)真看MSDN Library，就會(huì)搞清楚這些概念。

以下代碼說(shuō)明的很形象：

//引用類(lèi)型('class' 類(lèi)類(lèi)型)
class SomeRef { public int32 x;}
 
//值類(lèi)型('struct')
struct SomeVal(pulic Int32 x;}

static void ValueTypeDemo()
{
  SomeRef r1=new SomeRef();//分配在托管堆
  SomeVal v1=new SomeVal();//堆棧上
  r1.x=5;//解析指針
  v1.x=5;//在堆棧上修改

  SomeRef r2=r1;//僅拷貝引用(指針)
  SomeVal v2=v1;//先在堆棧上分配,然后拷貝成員

  r1.x=8;//改變了r1,r2的值
  v1.x=9;//改變了v1,沒(méi)有改變v2
}

4444444444444444444444444444444444444444444444444444444

棧是內(nèi)存中完全用于存儲(chǔ)局部變量或成員字段（值類(lèi)型數(shù)據(jù)）的高效的區(qū)域，但其大小有限制。

托管堆所占內(nèi)存比棧大得多，當(dāng)訪問(wèn)速度較慢。托管堆只用于分配內(nèi)存，一般由CLR（Common Language Runtime）來(lái)處理內(nèi)存釋放問(wèn)題。

當(dāng)創(chuàng)建值類(lèi)型數(shù)據(jù)時(shí)，在棧上分配內(nèi)存；

當(dāng)創(chuàng)建引用型數(shù)據(jù)時(shí)，在托管堆上分配內(nèi)存并返回對(duì)象的引用。注意這個(gè)對(duì)象的引用，像其他局部變量一樣也是保存在棧中的。該引用指向的值則位于托管堆中。

如果創(chuàng)建了一個(gè)包含值類(lèi)型的引用類(lèi)型，比如數(shù)組，其元素的值也是存放在托管堆中而非棧中的。當(dāng)從數(shù)組中檢索數(shù)據(jù)時(shí)，獲得本地使用的元素值的副本，而該副本這時(shí)候就是存放在棧中的了。所以，不能籠統(tǒng)的說(shuō)“值類(lèi)型保存在棧中，引用類(lèi)型保存在托管堆中”。

值類(lèi)型和引用類(lèi)型的區(qū)別：引用類(lèi)型存儲(chǔ)在托管堆的唯一位置中，其存在于托管堆中某個(gè)地方，由使用該實(shí)體的變量引用；而值類(lèi)型存儲(chǔ)在使用它們的地方，有幾處在使用，就有幾個(gè)副本存在。

對(duì)于引用類(lèi)型，如果在聲明變量的時(shí)候沒(méi)有使用new運(yùn)算符，運(yùn)行時(shí)就不會(huì)給它分配托管堆上的內(nèi)存空間，而是在棧上給它分配一個(gè)包含null值的引用。對(duì)于值類(lèi)型，運(yùn)行時(shí)會(huì)給它分配棧上的空間，并調(diào)用默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)，來(lái)初始化對(duì)象的狀態(tài)。

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一、棧和托管堆

    通用類(lèi)型系統(tǒng)(CTS)區(qū)分兩種基本類(lèi)型：值類(lèi)型和引用類(lèi)型。它們之間的根本區(qū)別在于它們?cè)趦?nèi)存中的存儲(chǔ)方式。.NET使用兩種不同的物理內(nèi)存塊來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)—棧和托管堆。如下圖所示：

 

 

二  類(lèi)型層次結(jié)構(gòu)

   CTS定義了一種類(lèi)型層次結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅僅描述了不同的預(yù)定義類(lèi)型，還指出了用戶(hù)定義類(lèi)型在層次結(jié)構(gòu)種的