棧,堆,值類型,引用類型,裝箱,拆箱 .NET中 6個重要的概念

　本篇文章主要介紹.NET中6個重要的概念：棧，堆，值類型，引用類型，裝箱，拆箱。文章開始介紹當(dāng)你聲明一個變量時，編譯器內(nèi)部發(fā)生了什么，然后介紹兩個重要的概念：棧和堆；最后介紹值類型和引用類型，并說明一些有關(guān)它們的重要原理。

　　最后通過一個簡單的示例代碼說明裝箱拆箱帶來的性能損耗。

 聲明變量的內(nèi)部機(jī)制

　　在.NET程序中，當(dāng)你聲明一個變量，將在內(nèi)存中分配一塊內(nèi)存。這塊內(nèi)存分為三部分：1，變量名；2，變量類型；3，變量值。

　　下圖揭示了聲明一個變量時的內(nèi)部機(jī)制，其中分配的內(nèi)存類型依據(jù)你的變量類型。.NET中有兩種類型的內(nèi)存：棧內(nèi)存和堆內(nèi)存。在接下來的內(nèi)容中，我們會了解到這兩種類型的詳細(xì)內(nèi)容。

　　

棧和堆

　　為了明白什么是棧和堆，先讓我們看下下面示例代碼的內(nèi)部機(jī)制：

1 public void Method1(){ 2// Line 1 3 int i=4; 4 // Line 2 5  int y=2; 6 //Line 3 7 class1 cls1 = new class1(); 8 }

這里一共有3行代碼。讓我們一下逐行看一下它們是如何執(zhí)行的：

 第1行：當(dāng)這行代碼執(zhí)行時，編譯器為它分配一小塊棧內(nèi)存。運(yùn)行時棧負(fù)責(zé)提供程序所需的內(nèi)存；

第2行：程序繼續(xù)執(zhí)行。如同名字一樣，棧在第一塊內(nèi)存的頂部分配了一塊內(nèi)存。你也可以認(rèn)為是模塊或零件一塊一塊疊起來；

　　　　內(nèi)存的分配與釋放遵循后進(jìn)先出(后進(jìn)先出)邏輯，換句話說，內(nèi)存只能在示例中i內(nèi)存塊的頂部分配或釋放。

第3行：在第3行，我們創(chuàng)建了一個對象。當(dāng)該行執(zhí)行時，編譯器在站上創(chuàng)建了一個指針，真實(shí)的對象存儲在另一種叫“堆”的內(nèi)存中。"堆"并不跟蹤運(yùn)行內(nèi)存，它更像一堆隨時可以訪問的對象。堆用于動態(tài)分配內(nèi)存。這里需要著重說明的是引用指針是分配在棧上。聲明Class1 cls1時并不會給Class1的實(shí)例分配內(nèi)存，而是分配一個棧變量cls1（并設(shè)置為null）,然后把它指向“堆”。

退出方法：當(dāng)方法退出時，它釋放了棧上所有內(nèi)存變量。換句話說，棧上所有的"Int"變量都依據(jù)后進(jìn)先出的邏輯被釋放掉了。要注意，此時不會釋放堆內(nèi)存，這種內(nèi)存稍后會被“垃圾收集器”釋放。

現(xiàn)在可能會有很多朋友奇怪為什么要分配2種內(nèi)存，而不是僅用一種內(nèi)存。

　　如果仔細(xì)觀察，你會發(fā)現(xiàn)基本類型并不復(fù)雜，他們值包含簡單的值，如i=0。對象數(shù)據(jù)類型很復(fù)雜，它們會引用其它對象或基本類型。換句話說，它要保持其它多種多樣的引用，而每種類型必須存在內(nèi)存中。對象類型需要動態(tài)內(nèi)存而基本類型需要靜態(tài)內(nèi)存。如果需要分配動態(tài)內(nèi)存，那么就分配到堆上；反之在棧上。

值類型與引用類型

　　現(xiàn)在我們明白了棧和堆，接下來看值類型和引用類型。值類型的數(shù)據(jù)和內(nèi)存在同一個位置，而引用類型是一個指向內(nèi)存的指針。

　　下面示例是一個整形數(shù)據(jù)類型變量i被賦給另一個整形數(shù)據(jù)類型變量j。它們的內(nèi)存值都分配在棧上。當(dāng)我們把一個int值分配給另外一個int值時，需要創(chuàng)建一個完全不同的拷貝。換句話說，你可以改變其中任何一個而不會影響另外一個。這種數(shù)據(jù)類型被稱為值類型。

　　當(dāng)我們創(chuàng)建一個對象，并把一個對象賦給另外一個對象時，它們的指針指向相同的內(nèi)存(如下圖，當(dāng)我們把obj賦給obj1時，它們指向相同的內(nèi)存)。換句話說，我們改變其中一個，會影響到另外一個，這種類型稱為引用類型。

那么那種類型是值類型和引用類型呢？

　　在.NET中，依據(jù)數(shù)據(jù)類型，變量被分配到堆或棧上。“string”和"Object"是引用類型，其他基本類型被分配到棧上，是值類型，如下圖：

裝箱與拆箱

　　通過上面學(xué)習(xí)，我們學(xué)到了很多有用的東西，其中最有用的是明白了當(dāng)把數(shù)據(jù)從棧移動到堆上時會有性能損失。如下圖實(shí)例，當(dāng)我們把一個值類型裝箱為引用類型時，數(shù)據(jù)從棧移動到堆上。反之，數(shù)據(jù)從堆移動到棧上。這種在堆和棧之間的移動帶來了性能的損失。數(shù)據(jù)從值類型轉(zhuǎn)變?yōu)橐�用類型的過程稱為“裝箱”，反之為“拆箱”。

如果編譯上面的代碼，在ILDASM中看IL代碼就會發(fā)下如何進(jìn)行裝箱拆箱操作的，如下：

裝箱拆箱的性能影響

　　為了揭示裝箱拆箱如何影響性能，我們把下面代碼運(yùn)行10000次。一個函數(shù)有裝箱操作，另一個只有簡單代碼。我們用簡單的計時器看它們的運(yùn)行時間。裝箱函數(shù)耗時 3542 MS，無裝箱操作的耗時2477MS。這說明在實(shí)際項(xiàng)目中，除非必須，否則應(yīng)避免裝箱，拆箱操作。