6個重要的.NET概念:棧,堆,實值型別,參考型別,裝箱,拆箱

引言

　　本篇文章主要介紹.NET中6個重要的概念：棧，堆，實值型別，參考型別，裝箱，拆箱。文章開始介紹當你聲明一個變數時，編譯器內部發生了什麼，然後介紹兩個重要的概念：棧和堆；最後介紹實值型別和參考型別，並說明一些有關它們的重要原理。

　　最後通過一個簡單的範例程式碼說明裝箱拆箱帶來的效能損耗。

 

聲明變數的內部機制

　　在.NET程式中，當你聲明一個變數，將在記憶體中分配一塊記憶體。這塊記憶體分為三部分：1，變數名；2，變數類型；3，變數值。

　　揭示了聲明一個變數時的內部機制，其中分配的記憶體類型依據你的變數類型。.NET中有兩種類型的記憶體：棧記憶體和堆記憶體。在接下來的內容中，我們會瞭解到這兩種類型的詳細內容。

　　

棧和堆

　　為了明白什麼是棧和堆，先讓我們看下下面範例程式碼的內部機制：

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

這裡一共有3行代碼。讓我們一下逐行看一下它們是如何執行的：

 

第1行：當這行代碼執行時，編譯器為它分配一小塊棧記憶體。運行時棧負責提供者所需的記憶體；

第2行：程式繼續執行。如同名字一樣，棧在第一塊記憶體的頂部分配了一塊記憶體。你也可以認為是模組或零件一塊一塊疊起來；

　　　　記憶體的分配與釋放遵循後進先出(後進先出)邏輯，換句話說，記憶體只能在樣本中i記憶體塊的頂部分配或釋放。

第3行：在第3行，我們建立了一個對象。當該行執行時，編譯器在站上建立了一個指標，真實的Object Storage Service在另一種叫“堆”的記憶體中。"堆"並不跟蹤運行記憶體，它更像一堆隨時可以訪問的對象。堆用於動態分配記憶體。這裡需要著重說明的是引用指標是分配在棧上。聲明Class1 cls1時並不會給Class1的執行個體分配記憶體，而是分配一個棧變數cls1（並設定為null）,然後把它指向“堆”。

退出方法：當方法退出時，它釋放了棧上所有記憶體變數。換句話說，棧上所有的"Int"變數都依據後進先出的邏輯被釋放掉了。要注意，此時不會釋放堆記憶體，這種記憶體稍後會被“垃圾收集器”釋放。

現在可能會有很多朋友奇怪為什麼要分配2種記憶體，而不是僅用一種記憶體。

　　如果仔細觀察，你會發現基本類型並不複雜，他們值包含簡單的值，如i=0。對象資料類型很複雜，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記憶體中。物件類型需要動態記憶體而基本類型需要靜態記憶體。如果需要分配動態記憶體，那麼就分配到堆上；反之在棧上。

實值型別與參考型別

　　現在我們明白了棧和堆，接下來看實值型別和參考型別。實值型別的資料和記憶體在同一個位置，而參考型別是一個指向記憶體的指標。

　　下面樣本是一個整形資料類型變數i被賦給另一個整形資料類型變數j。它們的記憶體值都分配在棧上。當我們把一個int值分配給另外一個int值時，需要建立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。這種資料類型被稱為實值型別。　　當我們建立一個對象，並把一個對象賦給另外一個對象時，它們的指標指向相同的記憶體(如，當我們把obj賦給obj1時，它們指向相同的記憶體)。換句話說，我們改變其中一個，會影響到另外一個，這種類型稱為參考型別。

那麼那種類型是實值型別和參考型別呢？

　　在.NET中，依據資料類型，變數被分配到堆或棧上。“string”和"Object"是參考型別，其他基本類型被分配到棧上，是實值型別，如：

裝箱與拆箱

　　通過上面學習，我們學到了很多有用的東西，其中最有用的是明白了當把資料從棧移動到堆上時會有效能損失。如執行個體，當我們把一個實值型別裝箱為參考型別時，資料從棧移動到堆上。反之，資料從堆移動到棧上。這種在堆和棧之間的移動帶來了效能的損失。資料從實值型別轉變為參考型別的過程稱為“裝箱”，反之為“拆箱”。

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

裝箱拆箱的效能影響

　　為了揭示裝箱拆箱如何影響效能，我們把下面代碼運行10000次。一個函數有裝箱操作，另一個只有簡單代碼。我們用簡單的計時器看它們的已耗用時間。裝箱函數耗時 3542 MS，無裝箱操作的耗時2477MS。這說明在實際項目中，除非必須，否則應避免裝箱，拆箱操作。

 

備忘：

　　最近在CodeProject上看到<6 important .NET concepts: - Stack, heap, Value types, reference types, boxing and Unboxing>一文，個人覺得非常好，所以就翻一下給不想看英文的同學。由於能力有限，翻譯的不好，望大家多多包涵。