C#的内存管理:堆栈、托管堆与指针

          C#的内存管理:堆栈、托管堆与指针

               

          在32位的Windows操作系统中,每个进程都可以使用4GB的内存,这得益于虚拟寻址技术,在这4GB的内存中存储着可执行代码、代码加载的DLL和程序运行的所有变量,在C#中,虚拟内存中有个两个存储变量的区域,一个称为堆栈,一个称为托管堆,托管堆的出现是.net不同于其他语言的地方,堆栈存储值类型数据,而托管堆存储引用类型如类、对象,并受垃圾收集器的控制和管理。在堆栈中,一旦变量超出使用范围,其使用的内存空间会被其他变量重新使用,这时其空间中存储的值将被其他变量覆盖而不复存在,但有时候我们希望这些值仍然存在,这就需要托管堆来实现。我们用几段代码来说明其工作原理,假设已经定义了一个类class1:
class1 object1;
object1=new class1();
第一句定义了一个class1的引用,实质上只是在堆栈中分配了一个4个字节的空间,它将用来存府后来实例化对象在托管堆中的地址,在windows中这需要4个字节来表示内存地址。第二句实例化object1对象,实际上是在托管堆中开僻了一个内存空间来存储类class1的一个具体对象,假设这个对象需要36个字节,那么object1指向的实际上是在托管堆一个大小为36个字节的连续内存空间开始的地址。由此也可以看出在C#编译器中为什么不允许使用未实例化的对象,因为这个对象在托管堆中还不存在。当对象不再使用时,这个被存储在堆栈中的引用变量将被删除,但是从上述机制可以看出,在托管堆中这个引用指向的对象仍然存在,其空间何时被释放取决垃圾收集器而不是引用变量失去作用域时。
在使用电脑的过程中大家可能都有过这种经验:电脑用久了以后程序运行会变得越来越慢,其中一个重要原因就是系统中存在大量内存碎片,就是因为程序反复在堆栈中创建和释入变量,久而久之可用变量在内存中将不再是连续的内存空间,为了寻址这些变量也会增加系统开销。在.net中这种情形将得到很大改善,这是因为有了垃圾收集器的工作,垃圾收集器将会压缩托管堆的内存空间,保证可用变量在一个连续的内存空间内,同时将堆栈中引用变量中的地址改为新的地址,这将会带来额外的系统开销,但是,其带来的好处将会抵消这种影响,而另外一个好处是,程序员将不再花上大量的心思在内在泄露问题上。
当然,以C#程序中不仅仅只有引用类型的变量,仍然也存在值类型和其他托管堆不能管理的对象,如果文件名柄、网络连接和数据库连接,这些变量的释放仍需要程序员通过析构函数或IDispose接口来做。
另一方面,在某些时候C#程序也需要追求速度,比如对一个含用大量成员的数组的操作,如果仍使用传统的类来操作,将不会得到很好的性能,因为数组在C#中实际是System.Array的实例,会存储在托管堆中,这将会对运算造成大量的额外的操作,因为除了垃圾收集器除了会压缩托管堆、更新引用地址、还会维护托管堆的信息列表。所幸的是C#中同样能够通过不安全代码使用C++程序员通常喜欢的方式来编码,在标记为unsafe的代码块使用指针,这和在C++中使用指针没有什么不同,变量也是存府在堆栈中,在这种情况下声明一个数组可以使用stackalloc语法,比如声明一个存储有50个double类型的数组:
double* pDouble=stackalloc double[50]
stackalloc会给pDouble数组在堆栈中分配50个double类型大小的内存空间,可以使用pDouble[0]、*(pDouble+1)这种方式操作数组,与在C++中一样,使用指针时必须知道自己在做什么,确保访问的正确的内存空间,否则将会出现无法预料的错误。
掌握托管堆、堆栈、垃圾收集器和不安全代码的工作原理和方式,将有助于你成为真正的优秀C#程序员。
posted @ 2008-09-08 20:51  divingmaomao  阅读(398)  评论(0编辑  收藏  举报