值类型和引用类型在内存中的部署 【转】
经常听说,并且经常在书上看到:值类型部署在栈上,引用类型部署在托管堆上。实际上并没有这么简单。
MSDN上说:托管堆上部署了所有引用类型。这很容易理解。当创建一个应用类型变量时:
object reference = new object();
关键字new将在托管堆上分配内存空间,并返回一个该内存空间的地址。左边的reference位于栈上,是一个引用,存储着一个内存地址;而这个地址指向的内存(位于托管堆)里存储着其内容(一个System.Object的实例)。下面为了方便,简称引用类型部署在托管推上。
再来看值类型。《C#语言规范》上的措辞是“结构体不要求在堆上分配内存(However, unlike classes, structs are value types and do not require heap allocation)”而不是“结构体在栈上分配内存”。这不免容易让人感到困惑:值类型究竟部署在什么地方?
4.1 数组考虑数组:
int[] reference = new int[100];
根据定义,数组都是引用类型,所以int数组当然是引用类型(即reference.GetType().IsValueType为false)。
而int数组的元素都是int,根据定义,int是值类型(即reference[i].GetType().IsValueType为true)。那么引用类型数组中的值类型元素究竟位于栈还是堆?
如果用WinDbg去看reference[i]在内存中的具体位置,就会发现它们并不在栈上,而是在托管堆上。
实际上,对于数组:
TestType[] testTypes = new TestType[100];
如果TestType是值类型,则会一次在托管堆上为100个值类型的元素分配存储空间,并自动初始化这100个元素,将这100个元素存储到这块内存里。
如果TestType是引用类型,则会先在托管堆为testTypes分配一次空间,并且这时不会自动初始化任何元素(即testTypes[i]均为null)。等到以后有代码初始化某个元素的时候,这个引用类型元素的存储空间才会被分配在托管堆上。
4.2 类型嵌套更容易让人困惑的是引用类型包含值类型,以及值类型包含引用类型的情况:
public class ReferenceTypeClass
{
private int _valueTypeField;
public ReferenceTypeClass()
{
_valueTypeField = 0;
}
public void Method()
{
int valueTypeLocalVariable = 0;
}
}
ReferenceTypeClass referenceTypeClassInstance = new ReferenceTypeClass();//Where is _valueTypeField?
referenceTypeClassInstance.Method();//Where is valueTypeLocalVariable?
public struct ValueTypeStruct
{
private object _referenceTypeField;
public void Method()
{
_referenceTypeField = new object();
object referenceTypeLocalVariable = new object();
}
}
ValueTypeStruct valueTypeStructInstance = new ValueTypeStruct();
valueTypeStructInstance.Method();//Where is _referenceTypeField?And where is referenceTypeLocalVariable?
单看valueTypeStructInstance,这是一个结构体实例,感觉似乎是整块扔到栈上的。但是字段_referenceTypeField是引用类型,局部变量referenceTypeLocalVarible也是引用类型。
referenceTypeClassInstance也有同样的问题,referenceTypeClassInstance本身是引用类型,似乎应该整块部署在托管堆上。但字段_valueTypeField是值类型,局部变量valueTypeLocalVariable也是值类型,它们究竟是在栈上还是在托管堆上?
规律是:
引用类型部署在托管堆上;
值类型总是分配在它声明的地方:作为字段时,跟随其所属的变量(实例)存储;作为局部变量时,存储在栈上。
我们来分析一下上面的代码。对于引用类型实例,即referenceTypeClassInstance:
从上下文看,referenceTypeClassInstance是一个局部变量,所以部署在托管堆上,并被栈上的一个引用所持有;
值类型字段_valueTypeField属于引用类型实例referenceTypeClassInstance的一部分,所以跟随引用类型实例referenceTypeClassInstance部署在托管堆上(有点类似于数组的情形);
valueTypeLocalVariable是值类型局部变量,所以部署在栈上。
而对于值类型实例,即valueTypeStruct:
根据上下文,值类型实例valueTypeStructInstance本身是一个局部变量而不是字段,所以位于栈上;
其引用类型字段_referenceTypeField不存在跟随的问题,必然部署在托管堆上,并被一个引用所持有(该引用是valueTypeStruct的一部分,位于栈);
其引用类型局部变量referenceTypeLocalVariable显然部署在托管堆上,并被一个位于栈的引用所持有。
所以,简单地说“值类型存储在栈上,引用类型存储在托管堆上”是不对的。必须具体情况具体分析。