.NET教程 - 编译器（Compiler）

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2022年10月6日 发布。
2022年10月5日 从笔记迁移到博客。

CLR

CLR 管理内存的区域#

主要有三块，分别为

线程的堆栈

用于分配值类型实例

堆栈主要由操作系统管理，而不受垃圾收集器的控制

当值类型实例所在方法结束时，其存储单位自动释放

栈的执行效率高，但存储容量有限

GC 堆

用于分配小对象实例

如果引用类型对象的实例容量占用小于 85000 字节

实例将被分配在 GC 堆上，当有内存分配或者回收时

垃圾收集器可能会对 GC 堆进行压缩

LOH（Large Object Heap）堆

用于分配大对象实例

如果引用类型对象的实例容量占用不小于 85000 字节时

该实例将被分配到 LOH 堆上，而 LOH 堆不会被压缩

而且只在完全 GC 回收时被回收

堆栈的内存分配机制#

对于值类型来说，一般创建在线程的堆栈上

但并非所有的值类型都创建在线程的堆栈上

例如作为类的字段时，值类型作为实例成员的一部分也被创建在托管堆上

装箱发生时，值类型字段也会拷贝在托管堆上

对于分配在堆栈上的局部变量来说，操作系统维护着一个堆栈指针来指向下一个自由空间的地址

并且堆栈的内存地址是由高位到低位向下填充

实例

对于分配在堆栈上的局部变量来说，操作系统维护着一个堆栈指针来指向下一个自由空间的地址

并且堆栈的内存地址是由高位到低位向下填充

public static void Main()
{
    int x = 100;
    char c = 'A';
}

假设线程栈的初始化地址为 50000

因此堆栈指针首先指向 50000 地址空间

代码由入口函数 Main 开始执行，首先进入作用域的是整型局部变量 x

它将在栈上分配 4Byte 的内存空间，因此堆栈指针向下移动 4 个字节

则值 100 将保存在 49997~50000 单位

而堆栈指针表示的下一个自由空间地址为49996，如同所示

接着进入下一行代码，将为字符型变量 c 分配 2Byte 的内存空间

堆栈指针向下移动 2 个字节至 49994 单位，值’A’会保存在 49995~49996 单位

地址的分配如图

最后，执行到 Main 方法的右括号，方法体执行结束，变量 x 和 c 的作用域也随之结束

需要删除变量 x 和 c 在堆栈内存中的值，其释放过程和分配过程刚好相反

首先删除 c 的内存，堆栈指针向上递增 2 个字节，然后删除 x 的内存

堆栈指针继续向上递增 4 个字节，程序执行结束，此时的内存状况为

其他较复杂的分配过程，可能在作用域和分配大小上不同，但是基本过程大同小异

栈的内存分配，效率较高，但是内存容量不大，同时变量的生存周期随着方法的结束而消亡

托管堆的内存分配机制#

引用类型的实例分配于托管堆上，而线程栈却是对象生命周期开始的地方

对 32 位处理器来说，应用程序完成进程初始化后

CLR 将在进程的可用地址空间上分配一块保留的地址空间，

它是进程（每个进程可使用 4GB）中可用地址空间上的一块内存区域

但并不对应于任何物理内存，这块地址空间即是托管堆

引用类型的实例分配于托管堆上，而线程栈却是对象生命周期开始的地方

对 32 位处理器来说，应用程序完成进程初始化后

CLR 将在进程的可用地址空间上分配一块保留的地址空间

它是进程（每个进程可使用 4GB）中可用地址空间上的一块内存区域

但并不对应于任何物理内存，这块地址空间即是托管堆

托管堆又根据存储信息的不同划分为多个区域

其中最重要的是垃圾回收堆（GC Heap）和加载堆（Loader Heap）

GC Heap 用于存储对象实例，受 GC 管理

Loader Heap 又分为 High-Frequency Heap、Low-Frequency Heap 和 Stub Heap

不同的堆上又存储不同的信息

Loader Heap 最重要的信息就是元数据相关的信息，也就是 Type 对象

每个 Type 在 Loader Heap 上体现为一个 Method Table（方法表）

而 Method Table 中则记录了存储的元数据信息

例如基类型、静态字段、实现的接口、所有的方法等等。Loader Heap 不受 GC 控制

其生命周期为从创建到 AppDomain 卸载

IL 指令解析

对象创建和内存分配相关指令#

主要包括：

newobj 用于创建引用类型对象

ldstr 用于创建 string 类型对象

newarr 用于分配新的数组对象

box 在值类型转换为引用类型对象时，将值类型字段拷贝到托管堆上发生的内存分配