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C# 值類型和引用類型的內(nèi)存管理

昵稱10504424 2013-02-19

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本次日志，我們來重點聊一聊軟件開發(fā)過程中，如何提高性能方面的問題。這是軟件開發(fā)或研發(fā)過程中深層次的問題，這篇文章主要從內(nèi)存分配和內(nèi)存回收兩方面說明,我們軟件代碼編寫過程中，計算如何來工作的。在此你可以了解內(nèi)存管理的過程和方式，以便在以后的軟件開發(fā)中注意它、利用它。

值類型包括：int,float,double,bool,結(jié)構(gòu)，引用，表示對象實例的變量

引用類型包括：類和數(shù)組;比較特殊的引用類型string、object

一般情況下：值類型存儲在堆棧中（不包括包含在引用中的值類型，如類的值字段，類中的引用字段，數(shù)組的元素這些都是隨引用存儲在受管制的堆中）；引用類型存儲在受管制的堆中，為什么說是受管制的堆，下面會具體來談。

幾個概念：

虛擬內(nèi)存：32位的計算機，每個進程擁有4G的虛擬內(nèi)存。

受管制的堆（托管堆）：受誰的管制？當然是無用單元收集器，即垃圾收集器。如何管理下面再說？

無用單元收集器：垃圾收集器除了會壓縮托管堆、更新引用地址、還會維護托管堆的信息列表等等。

關于值類型的存儲先看如下代碼：

double salary=2000;

上面定義的兩個變量，int age，告訴編譯器需要給我分配4個字節(jié)的內(nèi)存空間來存儲age值，它是存儲在堆棧上的。堆棧屬入先進后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，堆棧是從高位地址到低位地址存儲數(shù)據(jù)的。計算機寄存器中保持著一個堆棧指針，他總是指向堆棧最底端的自由空間地址，當我們定義一個int類型的值時，堆棧指針遞減四個字節(jié)的地址；當變量出了作用域后，堆棧指針相應的相應的遞增四個字節(jié)的地址，它只是堆棧指針的上下移動，所以堆棧的性能是相當高的。

下面看一下引用類型的存儲，還是先看代碼：

Customer customerA;

customerA=new Customer(); //假定Customer實例占據(jù)32個字節(jié)

上面的代碼第一行先聲明了一個Customer引用，引用的名字為customerA,在堆棧上給此引用分配存儲空間，存儲空間的大小為4個字節(jié)，因為它只存儲了一個引用，這個引用所指向的才是即將存儲Customer實例的空間地址，注意此時customerA并沒有指向具體的空間，它只是分配了一個空間而已。

第二行執(zhí)行過程中，.net環(huán)境會搜索托管堆，尋找第一個未使用的、連續(xù)的32個字節(jié)空間分配給類的實例，并設置customerA指向這段空間的頂端位置（堆的空間是從低到高使用的）。當引用變量出作用域后，堆棧中的引用會無效，當托管堆中的實例還在，直到垃圾收集器對其進行清理。

到這里細心的讀者可能會有些疑問，是不是定義引用類型時，計算機要搜索整個堆，尋找足夠大的內(nèi)存空間來存儲對象呢？這樣會不會效率很低？如果沒有足夠大的連續(xù)的空間呢？這個就要談到“托管”了。堆是受垃圾收集器管理的，.net在執(zhí)行垃圾收集器時釋放能釋放的所有對象，并壓縮其他對象，然后把所有自由空間組合在一起移動到堆的頂端，形成連續(xù)的塊，同時更新其他移動對象的引用。如果再有對象定義，可以很快找到合適的空間。如此看來托管堆工作方式與堆棧類似，它是通過堆指針來完成空間的分配和回收的。

上面談了.net對內(nèi)存空間分配的管理過程和方式，接下來談一談對內(nèi)存的回收過程。談到資源的清理，不得不提到的兩個概念和三個方法。

兩個概念為：托管資源和非托管資源。

托管資源接受.net framework的CLR(通用語言運行時)的管理；非托管資源則不受它的管理。

三個方法為：Finalize(),Dispose(),Close()。

一、Finalize()為析構(gòu)方法，清除非托管資源。

在類中定義方式：

public ClassName{

//清理非托管資源(如關閉文件和數(shù)據(jù)庫聯(lián)接等)

它的特點是：

1. 運行不確定性。

它是受垃圾收集器的管理，當垃圾收集器工作時，會調(diào)用此方法。

2. 性能開銷大。

垃圾收集器工作方式為，對象如果執(zhí)行了Finalize()方法，垃圾收集器第一次執(zhí)行時，會把它放在一個特殊的隊列中；第二次執(zhí)行的時候才會刪除此對象。

3. 不能顯示定義和調(diào)用，定義為析構(gòu)方法形式。

基于以上特點，最好不要執(zhí)行Finalize()方法，除非類確實需要它或與其他兩個方法結(jié)合來用。

二、Dispose()方法，可清除一切需要清除的資源，包括托管和非托管資源。

定義如下：

public void Dispose()

//清理應該清理的資源（包括托管和非托管資源）

System.GC.SuppressFinalize(this); //這一句很重要，下面會解釋原因。

它的特點：

1. 任何客戶代碼都應顯示調(diào)用這個方法，來釋放資源。

2. 由于第一點的原因，一般要做一個備份，這個備份一般由析構(gòu)方法來擔任角色。

3. 定義此方法的類，必須繼承IDisposable接口。

4. 語法關鍵字using等同于調(diào)用Dispose()，使用using時，它是默認調(diào)用Dispose()方法。所以使用using的類也要繼承IDisposable接口。

Dispose()方法比較靈活，在資源不需要時立即釋放。它是資源的最終處理，調(diào)用它意味著會最終刪除對象。

三、Close()方法，暫時處置資源的狀態(tài)，可能以后還會使用。一般處理非托管資源。

定義如下：

public viod Close()

//對非托管資源狀態(tài)的設置，如關閉文件或數(shù)據(jù)庫連接

它的特點：

對非托管資源狀態(tài)的設置，一般是關閉文件或數(shù)據(jù)庫連接。

下面寫一個綜合且又經(jīng)典的的例子，利用代碼演示一下各部分的作用：(為了省事，這個例子是從網(wǎng)上杜撰來的，只要說明問題就可以了，你說呢。在此應該感謝代碼原創(chuàng)者，感謝他寫了這么經(jīng)典和易懂的代碼，我們受益匪淺！)

public class ResourceHolder : System.IDisposable

public void Dispose()

System.GC.SuppressFinalize(this);

// 上面一行代碼作用是防止"垃圾回收器"調(diào)用這個類中的析構(gòu)方法

// 為什么要防止呢? 因為如果用戶記得調(diào)用Dispose()方法,那么

// 如果用戶不記得調(diào)用呢,就讓"垃圾回收器"幫我們?nèi)?多此一舉"吧 ^_^

// 你看不懂我上面說的不要緊,下面我還有更詳細的解釋呢!

protected virtual void Dispose(bool disposing)

// 這里是清理"托管資源"的用戶代碼段。

// 這里是清理"非托管資源"的用戶代碼段。此處為析構(gòu)方法的實際執(zhí)行代碼，為了避免客戶代碼忘記顯示調(diào)用Dispose()方法，所作的備份。

~ResourceHolder()

Dispose(false); // 這里是清理"非托管資源"

如果看不明白以上代碼，一定要仔細閱讀以下解釋，很經(jīng)典，不看會后悔呦。

這里,我們必須要清楚,需要用戶調(diào)用的是方法Dispose()而不是方法Dispose(bool),然而,這里真正執(zhí)行釋放工作的方法卻并不是Dispose(),而是Dispose(bool) ! 為什么呢?仔細看代碼,在Dispose()中,調(diào)用了Dispose(true),而參數(shù)為"true"時,作用是清理所有的托管資源和非托管資源;大家一定還記得我前面才說過,"使用析構(gòu)方法是用來釋放非托管資源的",那么這里既然Dispose()可以完成釋放非托管資源的工作,還要析構(gòu)方法干什么呢? 其實,析構(gòu)方法的作用僅僅是一個"備份"!

為什么呢?

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