浅谈C#中堆和栈的区别(附上图解)
线程堆栈:简称栈 Stack
托管堆: 简称堆 Heap
使用.Net框架开发程序的时候,我们无需关心内存分配问题,因为有GC这个大管家给我们料理一切。如果我们写出如下两段代码:
代码段1:
public int AddFive(int pValue) { int result; result = pValue + 5; return result; }
代码段2:
public class MyInt { public int MyValue; } public MyInt AddFive(int pValue) { MyInt result = new MyInt(); result.MyValue = pValue + 5; return result; }
问题1:你知道代码段1在执行的时候,pValue和result在内存中是如何存放,生命周期又如何?代码段2呢?
要想释疑以上问题,我们就应该对.Net下的栈(Stack)和托管堆(Heap)(简称堆)有个清楚认识,本立而道生。如果你想提高程序性能,理解栈和堆,必须的!
本文就从栈和堆,类型变量展开,对我们写的程序进行庖丁解牛。
C#程序在CLR上运行的时候,内存从逻辑上划分两大块:栈,堆。这俩基本元素组成我们C#程序的运行环境。
一,栈 vs 堆:区别?
栈通常保存着我们代码执行的步骤,如在代码段1中 AddFive()方法,int pValue变量,int result变量等等。而堆上存放的则多是对象,数据等。(译者注:忽略编译器优化)我们可以把栈想象成一个接着一个叠放在一起的盒子。当我们使用的时候,每次从最顶部取走一个盒子。栈也是如此,当一个方法(或类型)被调用完成的时候,就从栈顶取走(called a Frame,译注:调用帧),接着下一个。堆则不然,像是一个仓库,储存着我们使用的各种对象等信息,跟栈不同的是他们被调用完毕不会立即被清理掉。
如图1,栈与堆示意图
(图1)
栈内存无需我们管理,也不受GC管理。当栈顶元素使用完毕,立马释放。而堆则需要GC(Garbage collection:垃圾收集器)清理。
二,什么元素被分配到栈?什么被分配到堆?
当我们程序执行的时候,在栈和堆中分配有四种主要的类型:值类型,引用类型,指针,指令。
值类型:
在C#中,继承自System.ValueType的类型被称为值类型,主要有以下几种(CLR2.0中支持类型有增加):
* bool
* byte
* char
* decimal
* double
* enum
* float
* int
* long
* sbyte
* short
* struct
* uint
* ulong
* ushort
引用类型:
以下是引用类型,继承自System.Object:
* class
* interface
* delegate
* object
* string
指针:
在内存区中,指向一个类型的引用,通常被称为“指针”,它是受CLR( Common Language Runtime:公共语言运行时)管理,我们不能显示使用。需要注意的是,一个类型的引用即指针跟引用类型是两个完全不同的概念。指针在内存中占一块内存区,它本身只代表一个内存地址(或者null),它所指向的另一块内存区才是我们真正的数据或者类型。如图2:
(图2)
指令:
后文对指令再做介绍。
三,如何分配?
我们先看一下两个观点:
观点1,引用类型总是被分配在堆上。(正确?)
观点2,值类型和指针总是分配在被定义的地方,他们不一定被分配到栈上。(这个理解起来有点难度,需要慢慢来)
上文提及的栈(Stack),在程序运行的时候,每个线程(Thread)都会维护一个自己的专属线程堆栈。
当一个方法被调用的时候,主线程开始在所属程序集的元数据中,查找被调用方法,然后通过JIT即时编译并把结果(一般是本地CPU指令)放在栈顶。CPU通过总线从栈顶取指令,驱动程序以执行下去。
下面我们以实例来详谈。
还是我们开篇所列的代码段1:
public int AddFive(int pValue) { int result; result = pValue + 5; return result; }
当AddFive方法开始执行的时候,方法参数(parameters)则在栈上分配。如图3:
(图3)
注意:方法并不在栈中存活,图示仅供参考。
接着,指令指向AddFive方法内部,如果该方法是第一次执行,首先要进行JIT即时编译。如图4:
(图4)
当方法内部开始执行的时候,变量result被分配在栈上,如图5:
(图5)
方法执行完毕,而且方法返回后,如图6所示:
(图6)
在方法执行完毕返回后,栈上的区域被清理。如图7:
(图7)
以上看出,一个值类型变量,一般会分配在栈上。那观点2中所述又做何理解?“值类型和指针总是分配在被定义的地方,他们不一定被分配到栈上”。
原因就是如果一个值类型被声明在一个方法体外并且在一个引用类型中,那它就会在堆上进行分配。
还是代码段2:
public class MyInt { public int MyValue; } public MyInt AddFive(int pValue) { MyInt result = new MyInt(); result.MyValue = pValue + 5; return result; }
当线程开始执行AddFive方法的时候,参数被分配到栈上,如图8所示:
(图8)
由于MyInt是一个引用类型,所以它被分配到堆上,并且在栈中生成一个指针(result),如图9:
(图9)
AddFive方法执行完毕时的情况如图10:
(图10)
栈上内存被清理,堆中依然存在,如图11:
(图11)
当程序需要更多的堆空间时,GC需要进行垃圾清理工作,暂停所有线程,找出所有不可达到对象,即无被引用的对象,进行清理。并通知栈中的指针重新指向地址排序后的对象。现在我们应该知道,了解栈和堆,对我们开发出高性能程序的重要性。当我们使用引用类型的时候,一般是对指针进行的操作而非引用类型对象本身。但是值类型则操作其本身。
接下来,我们用例子说明这一点。
例1:
public int ReturnValue() { int x = new int(); x = 3; int y = new int(); y = x; y = 4; return x; }
执行结果为3,稍作修改:
例2:
public class MyInt { public int MyValue; } public int ReturnValue2() { MyInt x = new MyInt(); x.MyValue = 3; MyInt y = new MyInt(); y = x; y.MyValue = 4; return x.MyValue; }
执行结果为4。
我们来分析下原因,其实例1的跟以下代码所起效用一样:
public int ReturnValue() { int x = 3; int y = x; y = 4; return x; }
如图12所示,在栈上x和y分别占用一块内存区,互不干扰。
(图12)
而例2,与以下代码所起效用一样:
public int ReturnValue2() { MyInt x; x.MyValue = 3; MyInt y; y = x; y.MyValue = 4; return x.MyValue; }
如图13所示,
(图13)
栈上的指针x和y指向堆上同一个区域,修改其一必会改变堆上的数据。
相关文章
mysql_connect与mysql_pconnect的区别详解
在mysql中我们会看到有两种常用的数据库连接模式,一种是长久连接,另一各是页面访问完之后就断了连接,下面我来分别介绍mysql_connect与mysql_pconnect的区别,有需要了解...2016-11-25- 这篇文章主要介绍了C# 字段和属性的的相关资料,文中示例代码非常详细,供大家参考和学习,感兴趣的朋友可以了解下...2020-11-03
- 我们在使用C#做项目的时候,基本上都需要制作登录界面,那么今天我们就来一步步看看,如果简单的实现登录界面呢,本文给出2个例子,由简入难,希望大家能够喜欢。...2020-06-25
- 这篇文章主要介绍了C#中截取字符串的的基本方法,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧...2020-11-03
- 这篇文章主要介绍了C#实现简单的Http请求的方法,以实例形式较为详细的分析了C#实现Http请求的具体方法,需要的朋友可以参考下...2020-06-25
- 本文给大家分享C#连接SQL数据库和查询数据功能的操作技巧,本文通过图文并茂的形式给大家介绍的非常详细,需要的朋友参考下吧...2021-05-17
- 本文主要介绍了C#中new的几种用法,具有很好的参考价值,下面跟着小编一起来看下吧...2020-06-25
使用Visual Studio2019创建C#项目(窗体应用程序、控制台应用程序、Web应用程序)
这篇文章主要介绍了使用Visual Studio2019创建C#项目(窗体应用程序、控制台应用程序、Web应用程序),小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧...2020-06-25- 这篇文章主要介绍了C#开发Windows窗体应用程序的简单操作步骤,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧...2021-04-12
- 这篇文章主要介绍了C#从数据库读取图片并保存的方法,帮助大家更好的理解和使用c#,感兴趣的朋友可以了解下...2021-01-16
- 最近做一个小项目不可避免的需要前端脚本与后台进行交互。由于是在asp.net中实现,故问题演化成asp.net中jiavascript与后台c#如何进行交互。...2020-06-25
- 本文通过例子,讲述了C++调用C#的DLL程序的方法,作出了以下总结,下面就让我们一起来学习吧。...2020-06-25
- 轻松学习C#的基础入门,了解C#最基本的知识点,C#是一种简洁的,类型安全的一种完全面向对象的开发语言,是Microsoft专门基于.NET Framework平台开发的而量身定做的高级程序设计语言,需要的朋友可以参考下...2020-06-25
- 本文主要介绍了C#变量命名规则小结,文中介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下...2021-09-09
- 本文主要介绍了C# 中取绝对值的函数。具有很好的参考价值。下面跟着小编一起来看下吧...2020-06-25
- 这篇文章主要介绍了c#自带缓存使用方法,包括获取数据缓存、设置数据缓存、移除指定数据缓存等方法,需要的朋友可以参考下...2020-06-25
- 这篇文章主要介绍了c#中(&&,||)与(&,|)的区别详解,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧...2020-06-25
- 下面小编就为大家带来一篇C#学习笔记- 随机函数Random()的用法详解。小编觉得挺不错的,现在就分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧...2020-06-25
- 这篇文章主要用实例讲解C#递归算法的概念以及用法,文中代码非常详细,帮助大家更好的参考和学习,感兴趣的朋友可以了解下...2020-06-25
- 这篇文章主要介绍了C#中list用法,结合实例形式分析了C#中list排序、运算、转换等常见操作技巧,具有一定参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下...2020-06-25