線程堆棧：簡(jiǎn)稱棧 Stack
托管堆： 簡(jiǎn)稱堆 Heap

使用.Net框架開發(fā)程序的時(shí)候，我們無(wú)需關(guān)心內(nèi)存分配問(wèn)題，因?yàn)橛蠫C這個(gè)大管家給我們料理一切。如果我們寫出如下兩段代碼：
代碼段1：

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

代碼段2：

public class MyInt
{ 
public int MyValue;
}

public MyInt AddFive(int pValue)
{
MyInt result = new MyInt();
result.MyValue = pValue + 5;
return result;
}

問(wèn)題1：你知道代碼段1在執(zhí)行的時(shí)候，pValue和result在內(nèi)存中是如何存放，生命周期又如何？代碼段2呢？
要想釋疑以上問(wèn)題，我們就應(yīng)該對(duì).Net下的棧(Stack)和托管堆(Heap)（簡(jiǎn)稱堆）有個(gè)清楚認(rèn)識(shí)，本立而道生。如果你想提高程序性能，理解棧和堆，必須的！
本文就從棧和堆，類型變量展開，對(duì)我們寫的程序進(jìn)行庖丁解牛。
C#程序在CLR上運(yùn)行的時(shí)候，內(nèi)存從邏輯上劃分兩大塊：棧，堆。這倆基本元素組成我們C#程序的運(yùn)行環(huán)境。

一，棧 vs 堆：區(qū)別？

棧通常保存著我們代碼執(zhí)行的步驟，如在代碼段1中 AddFive()方法，int pValue變量，int result變量等等。而堆上存放的則多是對(duì)象，數(shù)據(jù)等。（譯者注:忽略編譯器優(yōu)化）我們可以把棧想象成一個(gè)接著一個(gè)疊放在一起的盒子。當(dāng)我們使用的時(shí)候，每次從最頂部取走一個(gè)盒子。棧也是如此，當(dāng)一個(gè)方法（或類型）被調(diào)用完成的時(shí)候，就從棧頂取走（called a Frame，譯注：調(diào)用幀），接著下一個(gè)。堆則不然，像是一個(gè)倉(cāng)庫(kù)，儲(chǔ)存著我們使用的各種對(duì)象等信息，跟棧不同的是他們被調(diào)用完畢不會(huì)立即被清理掉。

如圖1，棧與堆示意圖

(圖1)

棧內(nèi)存無(wú)需我們管理，也不受GC管理。當(dāng)棧頂元素使用完畢，立馬釋放。而堆則需要GC(Garbage collection:垃圾收集器)清理。

二，什么元素被分配到棧？什么被分配到堆？

當(dāng)我們程序執(zhí)行的時(shí)候，在棧和堆中分配有四種主要的類型：值類型，引用類型，指針，指令。

值類型：
在C#中，繼承自System.ValueType的類型被稱為值類型，主要有以下幾種（CLR2.0中支持類型有增加）：
* bool
* byte
* char
* decimal
* double
* enum
* float
* int
* long
* sbyte
* short
* struct
* uint
* ulong
* ushort

引用類型：
以下是引用類型，繼承自System.Object：
* class
* interface
* delegate
* object
* string

指針：
在內(nèi)存區(qū)中，指向一個(gè)類型的引用，通常被稱為“指針”，它是受CLR( Common Language Runtime:公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí))管理，我們不能顯示使用。需要注意的是，一個(gè)類型的引用即指針跟引用類型是兩個(gè)完全不同的概念。指針在內(nèi)存中占一塊內(nèi)存區(qū)，它本身只代表一個(gè)內(nèi)存地址（或者null），它所指向的另一塊內(nèi)存區(qū)才是我們真正的數(shù)據(jù)或者類型。如圖2：

(圖2)

指令：
后文對(duì)指令再做介紹。

三，如何分配？
我們先看一下兩個(gè)觀點(diǎn)：
觀點(diǎn)1，引用類型總是被分配在堆上。（正確？）
觀點(diǎn)2，值類型和指針總是分配在被定義的地方，他們不一定被分配到棧上。（這個(gè)理解起來(lái)有點(diǎn)難度，需要慢慢來(lái)）

上文提及的棧(Stack)，在程序運(yùn)行的時(shí)候，每個(gè)線程(Thread)都會(huì)維護(hù)一個(gè)自己的專屬線程堆棧。
當(dāng)一個(gè)方法被調(diào)用的時(shí)候，主線程開始在所屬程序集的元數(shù)據(jù)中，查找被調(diào)用方法，然后通過(guò)JIT即時(shí)編譯并把結(jié)果（一般是本地CPU指令）放在棧頂。CPU通過(guò)總線從棧頂取指令，驅(qū)動(dòng)程序以執(zhí)行下去。

下面我們以實(shí)例來(lái)詳談。

還是我們開篇所列的代碼段1：

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

當(dāng)AddFive方法開始執(zhí)行的時(shí)候，方法參數(shù)（parameters）則在棧上分配。如圖3：

(圖3)

注意：方法并不在棧中存活，圖示僅供參考。
接著，指令指向AddFive方法內(nèi)部，如果該方法是第一次執(zhí)行，首先要進(jìn)行JIT即時(shí)編譯。如圖4：

(圖4)

當(dāng)方法內(nèi)部開始執(zhí)行的時(shí)候，變量result被分配在棧上，如圖5：

(圖5)

方法執(zhí)行完畢，而且方法返回后，如圖6所示：

(圖6)

在方法執(zhí)行完畢返回后，棧上的區(qū)域被清理。如圖7：

(圖7)

以上看出，一個(gè)值類型變量，一般會(huì)分配在棧上。那觀點(diǎn)2中所述又做何理解？“值類型和指針總是分配在被定義的地方，他們不一定被分配到棧上”。
原因就是如果一個(gè)值類型被聲明在一個(gè)方法體外并且在一個(gè)引用類型中，那它就會(huì)在堆上進(jìn)行分配。
還是代碼段2：

public class MyInt
{ 
public int MyValue;
}

public MyInt AddFive(int pValue)
{
MyInt result = new MyInt();
result.MyValue = pValue + 5;
return result;
}

當(dāng)線程開始執(zhí)行AddFive方法的時(shí)候，參數(shù)被分配到棧上，如圖8所示：

（圖8）
由于MyInt是一個(gè)引用類型，所以它被分配到堆上，并且在棧中生成一個(gè)指針(result)，如圖9：

（圖9）
AddFive方法執(zhí)行完畢時(shí)的情況如圖10：

(圖10)

棧上內(nèi)存被清理，堆中依然存在，如圖11：

(圖11)

當(dāng)程序需要更多的堆空間時(shí)，GC需要進(jìn)行垃圾清理工作，暫停所有線程，找出所有不可達(dá)到對(duì)象，即無(wú)被引用的對(duì)象，進(jìn)行清理。并通知棧中的指針重新指向地址排序后的對(duì)象。現(xiàn)在我們應(yīng)該知道，了解棧和堆，對(duì)我們開發(fā)出高性能程序的重要性。當(dāng)我們使用引用類型的時(shí)候，一般是對(duì)指針進(jìn)行的操作而非引用類型對(duì)象本身。但是值類型則操作其本身。
接下來(lái)，我們用例子說(shuō)明這一點(diǎn)。

例1：

public int ReturnValue()
{
int x = new int();
x = 3;
int y = new int();
y = x; 
y = 4; 
return x;
}

執(zhí)行結(jié)果為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;
}

執(zhí)行結(jié)果為4。

我們來(lái)分析下原因，其實(shí)例1的跟以下代碼所起效用一樣：

public int ReturnValue()
{
int x = 3;
int y = x; 
y = 4;
return x;
}

如圖12所示，在棧上x和y分別占用一塊內(nèi)存區(qū)，互不干擾。

（圖12）

而例2，與以下代碼所起效用一樣：

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

如圖13所示，

(圖13)
棧上的指針x和y指向堆上同一個(gè)區(qū)域，修改其一必會(huì)改變堆上的數(shù)據(jù)。

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