关于内存分配和拆装箱的一些疑惑 和 解答总结

▲一些疑惑和查阅资料后的认识总结
1、堆和栈中分别存储的是什么类型数据？

• 栈：（不用我们维护，函数调用结束自动清理栈内存）:内部存储值类型数据、引用地址
• 堆：全局就一个堆，空间有限，所以才需要垃圾回收：引用类型数据、引用地址

2、为什么需要堆内存和栈内存，全部使用堆不行吗？

全部使用堆会造成极低的效率。
3、声明在函数中的引用变量 在堆还是栈？
引用类型对象任何时候都在堆里。
4、值类型对象都在栈内存吗？
值类型也有可能分配在托管堆上：

• 类上的字段
• 捕获的变量
• 迭代器块中的变量
• 闭包情况下匿名函数（lamda）中的局部变量。

5、引用类型对象中的值类型成员 在堆还是栈？
引用类型对象整个都在堆中，所以其中的值类型字段也在堆中

6、数组元素 在堆还是栈？
数组元素值存储的都是引用【不管值类型还是引用类型】
数组元素是值类型：值存储在栈中，
引用类型：值存储在堆中
7、赋值时 如何内存分配？
对于值类型（pointStruct1），会在栈上开辟一块新的空间，将数据完全复制过去，因此pointStruct2和pointStruct1是互相独立的，对其中一个的修改不会影响到另一个；

对于引用类型（pointClass1），也会在栈上开辟一个新的空间，将栈上的数据（指向堆上实例的指针）复制到新的空间， 但是注意，此处复制的是指针，也就是说栈上的两个变量pointClass1和pointClass2虽然是不同的空间，但是它们的存储内容---指针（内存地址）， 都是指向堆上的同一实例
值类型赋值给引用类型【装箱】：会在堆上开辟一块新空间，将值类型数据复制到堆中，引用类型变量存放指针（栈中）。
引用类型赋值给值类型【拆箱】：
归根结底，这些赋值转换，装箱拆箱，还是继承关系间对象的转换，不存在继承关系，转换就不可能实现。

参数传递——实参赋值给形参
当程序中进行参数传递的时候，也是默认按值传递，值类型复制数据本身，形成独立的数据块，引用类型复制引用，指向同一实例。简单一点就是传递时复制栈上的数据到新的栈上空间。
8、引用变量声明而未赋值 如何内存分配？
引用类型的变量包含的是对类型的实例的引用，而不是实例本身。当你申明变量的时候就会为它在内存中分配内存空间【用来存储堆内存地址】，照我个人理解就是你说的C#有保护机制，如果使用未赋值的变量就会导致程序出错
9、引用类型数据的引用部分可以存储在堆也可以在栈，取决于实际环境。
见问题4。
10、堆的内存如何动态分配
实际上很多应用中，堆的分配算法往往是采取多种算法复合而成的，对于glibc来说，小于64字节的采用对象池的方法，对于大于512字节的采用最佳适配算法，对于64字节和512字节之间的采取最佳折中策略；对于大于128kb的申请，它会直接使用mmap向操作系统申请空间。
11、结构为什么不能继承类?
所有的结构都默认继承了该类ValueType，对的，是一个类，也就是说所有的结构都是有继承的，继承了ValueType，也是因为这样，所以结构不能再继承类了，只能继承接口，因为C#是单继承的。
12、为什么要装箱拆箱?

• 装箱与拆箱是我们能够统一的来考察类型系统，其中任何类型的值都可以按对象处理。
• 需要使用基类的方法时，要装箱。
• 要将值类型数据加入非泛型容器时，需要装箱。

13、如何避免值类型装箱?
首先什么时候会装箱
（1）调用一个形参为object的方法，而传入的实参为值类型时，需要装箱。
可通过重载函数避免
（2）另一个用法，非泛型容器，里边元素类型为object。
可通过使用泛型容器避免。
（3）调用基类方法，a.ToString()、GetType()。
a.ToString()编译器发现A重写了ToString方法，会直接调用ToString的指令。因为A是值类型，编译器不会出现多态行为。因此，直接调用，不装箱。(注：ToString是A的基类System.ValueType的方法) 。此处重写基类方法避免
GetType是继承于System.ValueType的方法，要调用它，需要一个方法表指针，于是a将被装箱，从而生成方法表指针，调用基类的System.ValueType。(补一句，所有的值类型都是继承于System.ValueType的)。 可通过调用typeof() 运算符避免装箱。

当你调用object类型的非虚方法时会进行装箱操作（例如GetType方法，非虚方法不能override）。在调用object的虚方法时，如果你的值类型没有重写虚方法也要进行装箱操作，所以在定义自己的值类型时，应重写object内部的虚方法（例如ToString方式）,调用int的ToString方法不会拆装箱。
将值类型转化为接口类型时也会进行装箱操作，这是因为接口类型必须包含对堆上的一个对象的引用。

（4）自定义strut结构值类型，避免装箱拆箱

所以C# 自定义结构：需要重写某些基类方法避免。

区别对待override和new:

• override方法，调用的是真实对象类型的方法【有向上转型时】。override是派生类用来重写基类中方法的；
• 调用非虚方法，调用的是基类的方法。
• 不转型，调用的全是对象自身的方法。
• new 方法，调用的全是转型后的类的方法【因为new后子类方法和基类方法完全没有关系了】

14、值类型 strut 内存怎么分配的？
然而在.net托管环境中，CLR提供了更自由的方式来控制struct中Layout：我们可以在定义struct时，在struct上运用StructLayoutAttribute特性来控制成员的内存布局。默认情况下，struct实例中的字段在栈上的布局(Layout)顺序与声明中的顺序相同
a.[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]

struct StructDeft//C#编译器会自动在上面运用[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
{
bool i; //1Byte
double c;//8byte
bool b; //1byte
}

b.[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct BadStruct
{
[FieldOffset(0)]
public bool i; //1Byte
[FieldOffset(0)]
public double c;//8byte
[FieldOffset(0)]
public bool b; //1byte
}

sizeof(BadStruct)得到的结果是9byte，显然得出的基数9显示CLR并没对结构体进行任何内存对齐(Align)；本身要占有10byte的数据却只占了9byte，显然有些数据被丢失了，这也正是我给struct取BadStruct作为名字的原因。如果在struct上运用了[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]，计算FieldOffset一定要小心
c.[StructLayout(LayoutKind.Auto)]
sizeof(StructAuto)得到的结果是12byte。下面来测试下这StructAuto的三个字段是如何摆放的：

unsafe
{
StructAuto s = new StructAuto();
Console.WriteLine(string.Format("i:{0}", (int)&(s.i)));
Console.WriteLine(string.Format("c:{0}", (int)&(s.c)));
Console.WriteLine(string.Format("b:{0}", (int)&(s.b)));
}
// 测试结果：
i:1242180
c:1242172
b:1242181

即CLR会对结构体中的字段顺序进行调整，将i调到c之后，使得StructAuto的实例s占有尽可能少的内存，并进行4byte的内存对齐(Align)，
结论：
默认(LayoutKind.Sequential)情况下，CLR对struct的Layout的处理方法与C/C++中默认的处理方式相同，即按照结构中占用空间最大的成员进行对齐(Align)；
使用LayoutKind.Explicit的情况下，CLR不对结构体进行任何内存对齐(Align)，而且我们要小心就是FieldOffset；
使用LayoutKind.Auto的情况下，CLR会对结构体中的字段顺序进行调整，使实例占有尽可能少的内存，并进行4byte的内存对齐(Align)。
15、数据是如何从程序到内存中的？

1. 所有数据都是值类型【基本类型+结构类型 如DateTime】实例保存的数据。但在内存中位置不一样，
2. 纯基本类型对象保存在栈中，内存分配效率高
3. 不纯的基本类型【引用类实例中值类型成员，数组值类型元素（元素都是引用，元素值在堆或栈中）】，内存分配效率低
4. 数据最终都是由纯基本类型组成的【或字符串这个特殊的引用类型，编码不同占用字节数不同】，纯基本类型又是由一个一个字节组成的【int占32位4个字节，byte8位占一个字节，short16位2个字节，long64位8字节。】。都是可以预知内存大小的。
5. 计算机中有个存储数据的叫储存器（分为 ram 和 rom）, 首先是储存在 内存中(也就是ram 随机存储器，与cpu 直接交互的，其内部有好多的元器件进行存储，这个元器件就有两种状态0或1也就是有电，没电（多好要么有要么没），虽然一个元器件只有两种状态，但是多个组合就很大了，突然一组合就有了 Bit,Byte,KB,MB,GB,TB,PB,EB 的概念了 那么元器件也就有了另一个名字 比特（bit）或位，），在内存中数据有不同的类型，而不同类型数据占用的字节数不一样，如 int 占4个字节，byte 占1 个字节,为了正确访问这些存储的数据，必须给每个字节都编上号码，每个编号都是惟一的，根据编号就能准确找到某个字节，而在内存中字节的编号又被称为地址（Address）或指针（Pointer）。

关于内存分配和拆装箱的一些疑惑 和 解答总结

原文：https://www.cnblogs.com/erlongxizhu-03/p/12983442.html