内存探寻1之——值类型和引用类型的内存分配机制

红太狼 2022-05-16 14:25 102阅读 0赞

**String对象和值类型的内存分配机制：**

同样由前延伸，上上篇《*[由String类型分析，所产生的对参数传递之惑的解答][String]*》中，最后提及，如果将引用类型的按值传递和按引用传递，用托管堆表示，则更具说服力。在此附图说明：（如果印象模糊，可回看文章）

![ValueP.jpg][] ![ReferenceP.jpg][]

由上两图可以看到：

1.在图1（即上面图）,当在按值传递引用类型参数时，接收参数的函数中（注意：依然在Stack上），依然存在一份拷贝——同样指向原始字符串（"This is a String"）的变量—funStr 。而此时亦即str和funStr引用都指向同一字符串。然而当函数中，对funStr重赋值（"This is a changed String"）时，即改变了funStr的指向！但此时 原函数中的str变量的指向并未改变（如图示），这样才产生代码演示的结果——没有改变其值；

2.在图2（即下面图），当按引用传递引用类型的参数时，其**实质**是 ：告知编译器传递参数的地址，这样在函数体中对变量的赋值，实质上是通过原参数（str） 的指针，来改变原变量的值。在这里表现为改变原变量的引用方向（如图示），而对于以前的变量（"This is a String"）对象，由于在托管堆上，故当没有引用时，GC（垃圾回收器）会自动清理掉。

由上，已经可以看到String对象的内存分配模式，下面简要分析一下值类型的内存分配原理：

由于值类型属于变量和值的共同所有体，即在Stack上，某一段内存地址就代表着变量（ex，int i），而同时它也蕴含着它的值（ex，3）。示例图为：

![intP.jpg][]

这个例子虽然简单，但却可以普世的代表着值类型的通用的内存分配。

**自定义对象的内存分配机制： **

前述对特殊对象类型String的内存分配做了概述，然而对自定义的对象呢？我们可以更深一步考虑：

**首先：CLR管理的内存分配机制**

CLR管理的内存，主要分为三块，依次为：

1.线程的堆栈：用于分配值类型。它主要受操作系统管理，不受垃圾回收器（GC）管理。当值所属的函数结束时，变量会自动销毁；

2.GC堆：用于分配小对象实例（小于85000字节）；

3.LOH（Large Object Heap）用于分配大对象（超过85000字节），一般性了解；

**其次：自定义对象的内存分配机制**

众所周知，我们创建对象的引用在Stack上，而实例则存在于Managed Heap上。然而我们需要通过下列几个概念，进而将Managed Heap做进一步的划分。先看在对象创建时，在对象中自动添加的附加成员：

1.TypeHandler，类型句柄：指向对应**实例的方法表**，其占用4个字节；

2：SyncBlockIndex，用于线程同步。它指向一块被称为同步块的内存块，**管理内存同步**，其同样占用4个字节；

3.NextObjPtr：是托管堆所维护的一个指向下一个对象实例化时的起始地址的指针；

有了上述概念，我们把**托管堆（Managed Heap）**划分为**GC堆（垃圾回收堆）**和**Loader Heap（加载堆）**。其中GC堆，不用多讲，即传统意义上的、用于存放对象实例的区域；而Loader Heap主要用于存放每个类所具有的**方法表** （Method Table）（包括该类所包含的类类型、实现接口、静态字段，以及方法等）。其中Loader Heap不受GC控制（既不受某对象影响，显而易见，呵呵~）。

有了上述铺垫，我们大致可以讲自定义对象的过程归纳为：

1.构造实例化对象中TypeHandler所指向的对象（可认为是Method Table），包括实现接口、静态字段、方法等，并提交至Loader Heap上；

2. 初始化实例的2个附加成员（TypeHandler和SyncBlockIndex），并且将TypeHandler指针指向Method Table；

3.初始化构造器，对对象字段初始化；

下面通过建立一个类，并实例化对象，观察其在内存上具体分配，即更加清晰，看代码：

![复制代码][copycode.gif]

//Description: 通过建立类Student，演示对象的内存分配机制  
  
//CopyRight: http://www.cnblogs.com/yangmingming  
  
//Notes: 为简便，将类的建立，和实例化类放于一起  
  
public class Student  
\{  
    private string studentName;  
    public string StudentName  
    \{  
        get \{ return studentName; \}  
        set \{ studentName = value; \}  
    \}  
    private string studentClass;  
    public string StudentClass  
    \{  
        get \{ return studentClass; \}  
        set \{ studentClass = value; \}  
    \}  
    private int studentAge;  
    public int StudentAge  
    \{  
        get \{ return studentAge; \}  
        set \{ studentAge = value; \}  
    \}  
  
    public void ShowStudentInfo()  
    \{  
        Console.Write("The Student name is \{0\} ,class is \{1\},age is \{3\}", studentName, studentClass, studentAge);  
    \}  
  
    //实例化对象为：Student s=new Student();  
\}

![复制代码][copycode.gif]

此时对应的内存演示图为：

![SelfObjP.jpg][]

说明：

1.通过图示，可以将对象实例化时的内存分配充分展示；

2.方法表中，包含类中方法ShowStudentInfo、Student等，且还可以包括静态字段等（本例未列出）；

3.方法表是依赖于类而存在的，先于对象而存在，这个顺续很重要；

附：（嵌套类型的说明）

1.当值类型中嵌套引用类型：此时其中的引用变量依然建立在Stack上，而其实例化对象依然建立在GC Heap上；

2.当引用类型中嵌套值类型：此时值类型在GC Heap上建立，即不在Stack上建立；

由上论述，我们基本可以窥见值类型和引用类型的内存分配机制，同时也对在对象调用方法的原理上（通过TypeHandler），有了更多了解；

下一节讲述：从内存的角度，看继承和多态。未完待续。。。

[String]: http://www.cnblogs.com/yangmingming/archive/2010/01/30/1660044.html
[ValueP.jpg]: https://images.cnblogs.com/cnblogs_com/yangmingming/ValueP.jpg
[ReferenceP.jpg]: /images/20220503/a3cea63f21e84069a381536cd14875cd.png
[intP.jpg]: /images/20220503/d20e339c0a5e4a83b74a42aa331bbac6.png
[copycode.gif]: /images/20220503/9dbc8d73570a49cf9cc144eef3b21f76.png
[SelfObjP.jpg]: /images/20220503/01729e1230dd420988b47bff69976508.png