面試必備:C#中堆和棧的區(qū)別和分析

????棧：由編譯器自動(dòng)分配、釋放。在函數(shù)體中定義的變量通常在棧上。堆：一般由程序員分配釋放。用 new、malloc等分配內(nèi)存函數(shù)分配得到的就是在堆上。存放在棧中時(shí)要管存儲(chǔ)順序，保持著先進(jìn)后出的原則，他是一片連續(xù)的內(nèi)存域，有系統(tǒng)自動(dòng)分配和維 護(hù)；

????堆：是無序的，他是一片不連續(xù)的內(nèi)存域，有用戶自己來控制和釋放，如果用戶自己不釋放的話，當(dāng)內(nèi) 存達(dá)到一定的特定值時(shí)，通過垃圾回收器(GC)來回收。棧內(nèi)存無需我們管理，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清理。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

詳解：

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，我們無需關(guān)心內(nèi)存分配問題，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：

1 代碼段1：
2 
3 public int AddFive(int pValue)
4 {
5 int result;
6 result = pValue + 5;
7 return result;
8 }

 1 代碼段2：
 2 
 3 public class MyInt
 4 {
 5 public int MyValue;
 6 }
 7 
 8 public MyInt AddFive(int pValue)
 9 {
10 MyInt result = new MyInt();
11 result.MyValue = pValue + 5;
12 return result;
13 }

問題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

棧內(nèi)存無需我們管理，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。

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)理解起來有點(diǎn)難度，需要慢慢來）

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)例來詳談。

還是我們開篇所列的代碼段1：

1 public int AddFive(int pValue)
2 {
3 int result;
4 result = pValue + 5;
5 return result;
6 }

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。

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。

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，方法執(zhí)行完畢，而且方法返回后，棧上的區(qū)域被清理。

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：

 1 public class MyInt
 2 {
 3 public int MyValue;
 4 }
 5 
 6 public MyInt AddFive(int pValue)
 7 {
 8 MyInt result = new MyInt();
 9 result.MyValue = pValue + 5;
10 return result;
11 }

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，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)，AddFive方法執(zhí)行完畢時(shí)，棧上內(nèi)存被清理，堆中依然存在。

????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，我們用例子說明這一點(diǎn)。

 1 例1：
 2 
 3 public int ReturnValue()
 4 {
 5 int x = new int();
 6 x = 3;
 7 int y = new int();
 8 y = x;
 9 y = 4;
10 return x;
11 }

執(zhí)行結(jié)果為3,稍作修改：

 1 例2：
 2 
 3 public class MyInt
 4 {
 5 public int MyValue;
 6 }
 7 
 8 public int ReturnValue2()
 9 {
10 MyInt x = new MyInt();
11 x.MyValue = 3;
12 MyInt y = new MyInt();
13 y = x;
14 y.MyValue = 4;
15 return x.MyValue;
16 }

執(zhí)行結(jié)果為4。

我們來分析下原因，其實(shí)例1的跟以下代碼所起效用一樣：

1 public int ReturnValue()
2 {
3 int x = 3;
4 int y = x;
5 y = 4;
6 return x;
7 }

在棧上x和y分別占用一塊內(nèi)存區(qū)，互不干擾。

而例2，與以下代碼所起效用一樣：

1 public int ReturnValue2()
2 {
3 MyInt x;
4 x.MyValue = 3;
5 MyInt y;
6 y = x;
7 y.MyValue = 4;
8 return x.MyValue;
9 }

引用：https://www.cnblogs.com/yplong/p/3467025.html

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