内存堆栈结构

参考：

我们都知道值类型存在“栈”中，引用类型存在“堆”中。这篇文章深入讨论下内存的栈和堆的结构。

1.前言

1.指针

人们通常把“内存地址”形象的称作“指针”。栈内存和堆内存都是通过指针找到值（基本数据、对象、函数体等内容）。CPU为了管理内存而建立的虚拟地址空间（指针页表，map或表结构），将虚拟地址映射到物理地址。

指针页表：指针变量（后面会提到）到物理地址的映射。管理内存的Map表由操作系统按一定规则创建，不同的应用程序管理自己独占的内存空间。

2.变量

变量是栈内存指针的别名。

声明变量是在指针页表里建立变量信息。而赋值才是真正的开辟内存空间。但是为了节省内存，会现在内存中查找有没有相同的值（栈的内存共享），如果有就把找到的内存地址更新到对应的map页表中，如果没有才会开辟内存空间。

所以变量名与值数据是分开存放的。保存变量名的内存地址称为指针变量。

我们读取或修改变量就是CPU和内存等计算机硬件根据“执行上下文”对内存进行寻址和修改的过程。

3.垃圾回收

当变量赋值为null时，也就是将指针页表中的值地址指向null，表示该变量可以被释放。是否释放或销毁该变量，需要看作用域中是否有其他地方引用了该变量。

垃圾回收机制每隔一段时间自动扫描指针页表，检索所有变量，判断被引用的次数，同时在作用域树上查找是否引用了该变量。如果引用标记次数为0，或者通过扫描未找到变量的引用。那该变量就会被释放，即从指针页表中删除。

4.内存溢出

内存溢出是指程序在申请内存的时候，没有足够的空间供其使用。比如内存用完了或者申请了一个int，但给他存了一个double才能存下的数

什么情况会导致这个：

1.栈帧过多导致栈内存溢出。一个函数内调用另一个函数，不断重复这个过程，每次调用都会分配一个栈帧，导致栈爆掉。

2.栈帧过大导致内存溢出，比如int去存double的值。

5.内存泄漏

内存泄露是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次内存泄露危害可以忽略，但内存泄露堆积后果很严重，无论多少内存，迟早会被占光。比如，栈内存指向堆内存的地址丢失，导致无法及时回收。

2.内存分配

一般来说，内存可以分为以下几个部分：

1.全局段：存储全局变量和静态变量，这些变量的生命周期等于程序执行的整个持续时间。

2.代码段：包含组成我们程序的实际机器代码或指令，包括函数和方法。

3.堆栈段：用于管理局部变量、函数参数和控制信息（例如返回地址）

4.堆段：提供了一个灵活的区域来存储大型数据结构和具有生命周期的对象，堆内存可以在程序执行期间分配或释放。

2.栈内存（有序连续存储）

“栈”具有线程和“先进后出”的特点，也就是每个栈桢一般会保存下一个栈桢的地址，指向next节点（即指向下一个栈桢），从而手牵手形成类似队列的链式结构。同时先入栈的会先执行，后入栈的会先弹出（执行完销毁）。

特点：

1.数据一执行完毕，变量会立即释放，节约内存空间（函数运行完其申请的栈会全部释放（函数申请的栈是在总栈的最上面））

2.由于有序连续，存取速度快。

3.存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。

3.堆内存（无序不连续）

堆内存允许我们在程序执行期间随时分配和释放内存。它非常适合存储大刑数据结构或大小事先未知的对象。

堆数据结构：图解基础数据结构——堆 - 知乎 (zhihu.com)

特点：

1.堆内存大小可以在程序执行过程中发生变化

2.在堆中分配和释放内存速度较慢，因为它涉及寻找合适的内存帧和处理碎片

3.存储在堆内存中的数据将一直保留在那里，直到我们手动释放它或程序结束

4.语言没有自动管理的话，需要手动管理

4.函数调用（C#）

调用函数时会创建称为堆栈帧的内存块。堆栈帧存储与局部变量、参数和函数的返回地址相关的信息。该内存是在堆栈段上创建的。

例子：

internal class Employee {
    public               int32         GetYearsEmployed()       { ... }
    public    virtual    String        GenProgressReport()      { ... }
    public    static     Employee      Lookup(String name)      { ... }    
}
internal sealed class Manager : Employee { 
    public    override   String         GenProgressReport()    { ... }
}    